Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i ... · [2] PN-EN 60071-2:2018...
Transcript of Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i ... · [2] PN-EN 60071-2:2018...
STANDARDOWA SPECYFIKACJA
TECHNICZNA
Numer kodowy
PSE-ST.Ochrona od przepięć
i koordynacja izolacji / 2020
TYTUŁ: Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji
elektroenergetycznych PSE S.A.
OPRACOWANO:
DEPARTAMENT STANDARDÓW TECHNICZNYCH
ZATWIERDZONO
DO STOSOWANIA
……………………………………
Data i podpis
Konstancin-Jeziorna, …………….. 2020r.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
2
SPIS TREŚCI
Część I – Wstęp ..................................................................................................................................... 4
1. Przedmiot specyfikacji ......................................................................................................................... 4
2. Normy i dokumenty powołane ............................................................................................................. 5
2.1.Normy krajowe i międzynarodowe ................................................................................................ 5
2.2. Specyfikacje PSE SA i inne dokumenty związane z ochroną od przepięć i koordynacją izolacji ..................................................................................................................... 7
3. Definicje ............................................................................................................................................... 7
Część II – Ochrona sieci o napięciu znamionowym 110 - 400kV .................................................... 11
4. Uziemienie punktu neutralnego sieci ................................................................................................. 11
5. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć ................................................................................... 12
6. Znormalizowane poziomy izolacji w sieciach 110 - 400kV ................................................................ 17
7. Ochrona linii elektroenergetycznych od przepięć .............................................................................. 17
8. Ochrona stacji od bezpośrednich uderzeń piorunów. Ochrona wież wiatrowych. ........................... 18
9. Ochrona stacji od przepięć przenoszonych przewodami roboczymi sieci ........................................ 19
9.1. Wymagania ogólne ..................................................................................................................... 19
9.2. Transformatory o górnym napięciu znamionowym 110 - 400kV ................................................ 19
9.3. Rozdzielnie o napięciu znamionowym 30kV i niższym .............................................................. 20
w stacjach o górnym napięciu 110 – 400kV ...................................................................................... 20
9.4. Rozdzielnie o napięciu znamionowym 110 – 400kV .................................................................. 20
9.5. Farmy wiatrowe .......................................................................................................................... 20
10. Uziemienia urządzeń ochrony od przepięć ..................................................................................... 21
10.1. Wymagania ogólne ................................................................................................................... 21
10.2. Budowa uziomów stacji elektroenergetycznych ....................................................................... 21
10.3 Budowa uziomów linii elektroenergetycznych ........................................................................... 22
10.4. Rezystancja uziemienia ............................................................................................................ 23
10.5. Przewody uziemiające .............................................................................................................. 23
Część III – Ochrona sieci o napięciu znamionowym 6 – 30kV ........................................................ 24
11. Wybór sposobu uziemienia punktu neutralnego sieci ..................................................................... 24
11.1. Wymagania ogólne ................................................................................................................... 24
11.2. Izolowanie punktu neutralnego sieci ........................................................................................ 24
11.3. Kompensacja pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego ............................................. 26
11.4. Uziemienie punktu neutralnego sieci przez rezystancję .......................................................... 26
12. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć ................................................................................. 26
13. Znormalizowane poziomy izolacji w sieciach 6 – 30 kV .................................................................. 28
14. Ochrona linii elektroenergetycznych od przepięć ............................................................................ 28
15. Ochrona stacji od bezpośrednich uderzeń piorunów ...................................................................... 29
16. Ochrona stacji od przepięć przenoszonych przewodami roboczymi sieci ...................................... 29
16.1. Wymagania ogólne ................................................................................................................... 29
16.2. Stacje zasilające sieci niskiego napięcia .................................................................................. 30
16.3. Stacje zasilające sieci średniego napięcia ............................................................................... 30
17. Uziemienia urządzeń ochrony od przepięć ..................................................................................... 30
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
3
17.1. Wymagania ogólne ................................................................................................................... 30
17.2. Budowa uziomów ..................................................................................................................... 31
17.3. Rezystancja uziemienia ............................................................................................................ 31
17.4. Przewody uziemiające .............................................................................................................. 31
17.5. Połączenia ograniczników przepięć z uziomami i uziemionymi częściami chronionych urządzeń ............................................................................................................................................ 32
Część IV – Ochrona sieci o napięciu znamionowym 230/400V....................................................... 32
18. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć ................................................................................. 32
19. Ochrona linii ..................................................................................................................................... 33
20. Ochrona urządzeń stacyjnych ......................................................................................................... 34
21. Uziemienia ograniczników przepięć ................................................................................................ 34
CZĘŚĆ V – Zasady koordynacji izolacji ............................................................................................ 35
22. Ogólny zarys procedury koordynacji izolacji ................................................................................... 35
22.1 Napięcia i przepięcia reprezentatywne Urp ............................................................................... 35
22.2 Zbiór napięć wytrzymywanych ................................................................................................. 39
23. Wybór znormalizowanych znamionowych poziomów izolacji ..................................................... 40
23.1. Dobór ograniczników przepięć do warunków sieciowych ........................................................ 40
i określenie przepięć reprezentatywnych .......................................................................................... 40
23.2. Wybór wartości znormalizowanych wytrzymywanych napięć udarowych piorunowych Uwl i łączeniowych Uws. Wybór znormalizowanego poziomu izolacji. .................................... 41
Część VI – Informacje dodatkowe ...................................................................................................... 43
24. Zakresy zmian rezystywności gruntu w Polsce ............................................................................... 43
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
4
CZĘŚĆ I - WSTĘP
1. Przedmiot specyfikacji
Przedmiotem dokumentu Zasady ochrony od przepięć
i koordynacji izolacji linii i stacji elektroenergetycznych, zwanego dalej krótko
Zasadami, są wymagania dotyczące wyboru sposobu uziemienia punktu neutralnego
sieci, doboru i instalowania oraz rozmieszczenia ograniczników przepięć z tlenków
metali oraz innych środków i urządzeń przeznaczonych do ograniczania przepięć,
a także wybór znormalizowanych poziomów izolacji chronionych urządzeń.
Wymagania niniejszej specyfikacji, w tym wymagania wynikające z powołanych,
aktualnych norm krajowych PN i międzynarodowych IEC, innych specyfikacji PSE
S.A. oraz ustaw i rozporządzeń obowiązujących w krajowym porządku prawnym
muszą być spełnione na etapie prac projektowych i wykonawczych prowadzonych dla
PSE S.A. Jak zaznaczono, obowiązują aktualne wersje norm, a w przypadku norm
wycofanych ostatnie ich wersje przed wycofaniem.
W przypadku gdy wymagania niniejszej specyfikacji są bardziej rygorystyczne od
wymagań zawartych w przywołanych normach i dokumentach należy wymagania
niniejszej specyfikacji uznać za nadrzędne i do nich się stosować.
Terminologia stosowana w tej specyfikacji jest zgodna z określeniami podanymi
w międzynarodowym słowniku terminologicznym [29] oraz podanymi w powołanych
dokumentach normalizacyjnych.
Zasady stosuje się do trójfazowych sieci elektroenergetycznych prądu przemiennego
o częstotliwości znamionowej 50Hz i napięciu znamionowym do 400kV włącznie,
nowych i przebudowywanych w PSE S.A.
Zakres stosowania dotyczy tym samym także dokumentacji projektowej wykonywanej
dla PSE S.A. obejmującej zwykle :
- studium wykonalności,
- projekt budowlany,
- projekt wykonawczy,
- dokumentację powykonawczą.
Interpretacja postanowień zawartych w Zasadach należy do Polskich Sieci
Elektroenergetycznych S.A. (PSE S.A) lub wskazanej przez PSE S.A. instytucji.
Uwaga: Projekt wykonawczy w zakresie stacji elektroenergetycznych obejmuje
swoim zakresem
- obiekty podstawowe; rozdzielnie napowietrzne i wnętrzowe, stanowiska
transformatorów, schematy obwodów pierwotnych i obwodów wtórnych razem
z SSiN,
- przygotowanie i uzbrojenie terenu stacji w tym niwelację i odwodnienie, drogi
wewnętrzne i dojazdowe, uziemienie, ochronę odgromową oraz ogrodzenie
z systemem ochrony technicznej,
- budynki stacyjne: rozdzielnie, budynek technologiczny, kioski przekaźnikowe, sieć
wodociągową i kanalizacyjną,
-system łączności.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
5
W przypadku projektu budowlanego i wykonawczego dużej stacji elektroenergetycznej
jest konieczne, w uzgodnieniu z PSE S.A., wykonanie wariantowych obliczeń
symulacyjnych wpływu konfiguracji oszynowania i wyposażenia aparaturowego stacji
na poziom przepięć, które mogą wystąpić w różnych miejscach stacji przy wyładowa-
niu piorunowym w linie elektroenergetyczne na wejściu stacji. Celem przeprowadzonej
symulacji jest umożliwienie weryfikacji prawidłowości doboru, w oparciu o normę
[2], znormalizowanych wytrzymywanych napięć udarowych piorunowych Uwl
i łączeniowych Uws jak w Tablicach 10 i 11 tej specyfikacji.
2. Normy i dokumenty powołane
Wymienione niżej normy i dokumenty zawierają postanowienia, które przez
powołanie w treści niniejszego dokumentu stają się postanowieniami niniejszych
Zasad z uwzględnieniem zapisów dotyczących wymagań przedstawionych
w Przedmiocie specyfikacji (punkt 1).
2.1.Normy krajowe i międzynarodowe
Numer normy Tytuł normy
[1] PN-EN 60071-1:2020 Koordynacja izolacji – Część 1. Definicje, zasady
i reguły
[2] PN-EN 60071-2:2018 Koordynacja izolacji. Część 2 Wytyczne stosowania
[3] PN-EN 60099-4:2015 Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków
metali do sieci prądu przemiennego
[4] PN –EN 60099-5:2018 Ograniczniki przepięć .Zalecenia wyboru
i stosowania.
[5] PN –HD60364-1:2010 Instalacje elektryczne niskiego napięcia
[6] PN-EN 50522:2011 Uziemienie instalacji elektroenergetycznych prądu
przemiennego o napięciu wyższym od 1kV
[7] PN –EN 61936-1:2011 Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego
o napięciu wyższym od 1kV. Postanowienia
ogólne.
[8] PN –HD 60364-4-
41:2017/A12:2020
Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Ochrona
dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed
porażeniem elektrycznym.
[9] PN-EN 62305-3:2011 Ochrona odgromowa. Uszkodzenia fizyczne
obiektów i zagrożenie życia.
[10] PN-EN 62305-1:2011 Ochrona odgromowa. Zasady ogólne.
[11] PN-EN 50341-1:2013 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu
przemiennego powyżej 1kV. Wymagania ogólne.
Specyfikacje wspólne.
[12] PN-EN 50341- 2-22:2016 Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu
przemiennego powyżej 1kV. Krajowe warunki
normatywne dla Polski.
[13] N-SEP – E -004:2004 Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe.
Projektowanie i budowa.
[14] IEC TS60815-1,2, 3:2008 Selection and dimensioning of high voltage
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
6
insulators intended for use in polluted conditions.
[15] PN-E-06303:1998 Narażenie zabrudzeniowe izolacji napowietrznej
i dobór izolatorów do warunków zabrudzeniowych.
[16] PN –EN 60038 :2012 Napięcia znormalizowane.
[17] PN-EN 60664-1:2011 Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych
w układach niskiego napięcia. Zasady, wymagania
i badania.
[18] PN-EN 61643 – 11:2013 Niskonapięciowe urządzenia ograniczające
przepięcia. Urządzenia ograniczające przepięcia
w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia
.Wymagania i metody badań.
[19] PKN-CLC/TS 61643 -
12:2007
Low voltage protective devices. Surge protective
devices connected to low-voltage power systems.
Selection and application principles.
[20] PN-HD 60364-4-
442:2012
Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Ochrona
dla zapewnienia bezpieczeństwa .Ochrona instalacji
niskiego napięcia przed przepięciami dorywczymi
powstającymi wskutek zwarć doziemnych układach
po stronie wysokiego i niskiego napięcia.
[21] PN-HD 60364-4-
443:2016
Instalacje niskiego napięcia. Ochrona dla
zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed
zaburzeniami napięciowymi i zaburzeniami
elektromagnetycznymi. Ochrona przed
przejściowymi przepięciami atmosferycznymi lub
łączeniowymi.
[22] PN-EN 60076-3:2014 Transformatory. Poziomy izolacji, próby
wytrzymałości elektrycznej zewnętrzne odstępy
izolacyjne w powietrzu.
[23] PN-EN 60909-0:2016 Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu
przemiennego. Obliczanie prądów.
[24] PN-IEC 60050-466:2002 Międzynarodowy słownik terminologiczny elektryki-
Elektroenergetyczne linie napowietrzne.
[25] IEEE C62.11TM -2012 Norma IEEE dla ograniczników przepięć z tlenków
metali przeznaczonych do sieci
elektroenergetycznych prądu przemiennego.
[26] IEEE C57.142TM -2010 Guide to describe the occurrence and mitigation of
switching transients induced by transformers,
switching devices and system interaction.
[27] PN-EN 62271-1:2018 -
02
Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterow-
nicza. Część 1:Postanowienia wspólne dla aparatury
rozdzielczej i sterowniczej prądu przemiennego.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
7
2.2. Specyfikacje PSE SA i inne dokumenty związane z ochroną od przepięć i
koordynacją izolacji
Numer specyfikacji Nazwa specyfikacji
[28] PSE S.A.-ST. ograniczniki
110kV,220kV,400kV
Ograniczniki przepięć do sieci 110kV, 220kV
i 400kV
[29] PSE S.A. Instrukcja ruchu i eksploatacji sieci przesyłowej.
Część ogólna. Wersja 2.9
[30] PSE S.A. : (w trakcie ak-
tualizacji)
Wymagania techniczne PSE S.A. dla przewodów
energetycznych skojarzonych z włóknami
światłowodowymi (OPGW i MASS). Wydanie III
[31] PSE S.A. Specyfikacje techniczne dla autotransformatorów.
[32] PSE S.A.- SF.Siatka
Uziemień
Specyfikacja techniczna dla siatki uziemienia sto-
sowanej na stacjach elektroenergetycznych PSE
S.A.
[33] PSE S.A. -TS. Uziemienia linii napowietrznych.
[34] PTPiREE Ochrona sieci elektroenergetycznych od
przepięć. Wskazówki wykonawcze.
[35] PSE S.A.-SF STACJE Stacje elektroenergetyczne najwyższych napięć
Uwaga: Specyfikacje techniczne PSE S.A. znajdują się na stronie
https://www.pse.pl/dokumenty
3. Definicje
3.1. Napięcie znamionowe sieci Un. Odpowiednio zaokrąglona wartość napięcia
określająca lub identyfikująca sieć.
3.2. Najwyższe napięcie sieci Us. Największa wartość skuteczna międzyfazowego
napięcia roboczego, która występuje w normalnych warunkach pracy sieci
w dowolnym miejscu i czasie.
3.3. Najwyższe napięcie urządzenia Um. Największa wartość skuteczna napięcia
międzyfazowego, do którego urządzenie jest przewidziane z uwagi na jego izolację
i inne charakterystyczne parametry odnoszące się do tego napięcia, określone przez
normy dotyczące tego urządzenia.
Uwaga : W normie [27] przywołuje się definicję znamionowego napiecia urządzenia
(Ur) która jest różna od definicji podanych w punktach 3.1 i 3.5. Napięcie
znamionowe urzadzenia (Ur) definiuje się tam jako znamionowe napięcie
międzyfazowe równe maksymalnemu napieciu sieci na jakie urządzenie zostało
zaprojektowane. Tym samym wskazuje ono maksymalną znamionową wartość
najwyższego napięcia sieci w której urzadzenie może być zainstalowane.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
8
3.4. Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali. Ogranicznik
składający się z warystorów, z tlenków metali, połączonych szeregowo lub równolegle
–bądź szeregowo i równolegle – bez jakichkolwiek szeregowych lub równoległych
iskierników w obudowie z wyprowadzonymi zaciskami przeznaczonymi
do wykonywania połączeń elektrycznych i mechanicznych zwany dalej krótko ogra-
nicznikiem przepięć lub ogranicznikiem.
3.5. Napięcie znamionowe ogranicznika Ur. Najwyższa dopuszczalna 10 sekundowa
wartość skuteczna napięcia częstotliwości sieciowej między zaciskami ogranicznika,
zweryfikowana wynikami badań przepięciami dorywczymi (TOV) i wynikami badań
zdolności pochłaniania energii.
3.6. Napięcie trwałej pracy ogranicznika Uc. Zadeklarowana dopuszczalna wartość
skuteczna napięcia częstotliwości sieciowej, które może być trwale przyłożone między
zaciski ogranicznika zgodnie z punktem 8.7 [3]
3.7. Znamionowy (impulsowy wg [3]) prąd wyładowczy ogranicznika In. Wartość
szczytowa prądowego udaru, która jest stosowana do sklasyfikowania ogranicznika.
3.8. Udar prądowy łączeniowy ogranicznika. Wartość szczytowa udaru prądu
wyładowczego, którego czas czoła jest dłuższy niż 30μs, lecz nie dłuższy niż 100μs,
a czas do półszczytu jest w przybliżeniu równy dwukrotnej wartości czasu czoła.
3.9. Graniczny udar prądowy ogranicznika. Wartość szczytowa udaru prądowego
mającego kształt udaru 4/10μs, który jest stosowany do sprawdzania odporności
ogranicznika na bezpośrednie uderzenie pioruna.
3.10. Napięcie obniżone ogranicznika Ures. Wartość szczytowa napięcia
występującego na zaciskach ogranicznika podczas przepływu prądu wyładowczego.
3.11. Piorunowy poziom ochrony ogranicznika Upl. Największa wartość napięcia
obniżonego przy znamionowym prądzie wyładowczym In.
1.12. Piorunowy ( lub łączeniowy) poziom ochrony Upl ( lub Ups ). Największa
dopuszczalna wartość szczytowa napięcia na zaciskach urządzenia ochronnego,
poddanego w określonych warunkach oddziaływaniu udaru piorunowego
(lub łączeniowego).
1.13. Znamionowy prąd zwarciowy Is Najwyższa wartość prądu częstotliwości
sieciowej uzyskana w badaniach, którego przepływ przez uszkodzony ogranicznik,
jako prądu zwarciowego nie spowoduje rozerwania osłony ogranicznika ani otwartego
płomienia przez więcej niż 2 minuty w warunkach określonych w badaniach [3].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
9
3.14. Współczynnik zwarcia doziemnego k. Stosunek wartości skutecznej
najwyższego napięcia częstotliwości sieciowej między zdrową fazą a ziemią w danym
miejscu, przy danej konfiguracji sieci trójfazowej, w czasie zwarcia do ziemi jednej
lub większej liczby faz w danym punkcie sieci, do wartości skutecznej napięcia
częstotliwości sieciowej, która wystąpiłaby w rozpatrywanym miejscu bez zwarcia.
3.15. Sieć z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym. Sieć, w której chociaż
jeden punkt neutralny jest uziemiony bezpośrednio.
3.16. Sieć z punktem neutralnym izolowanym. Sieć, której żaden punkt neutralny
nie jest celowo połączony z ziemią z wyjątkiem połączeń o dużej impedancji,
przeznaczonych do celów zabezpieczeniowych lub pomiarowych.
3.17. Sieć skompensowana za pomocą dławika gaszącego. Sieć, której co najmniej
jeden punkt neutralny jest połączony z ziemią przez reaktancję, która w przybliżeniu
kompensuje składową pojemnościową prądu zwarcia jednofazowego.
3.18. Sieć z punktem neutralnym uziemionym przez impedancję. Sieć, w której
chociaż jeden punkt neutralny jest uziemiony przez odpowiednią impedancję celem
zmniejszenia wartości prądów doziemienia.
3.19. Napięcie wytrzymywane. Wartość napięcia probierczego, stosowanego
w określonych warunkach podczas próby wytrzymałości elektrycznej, w trakcie której
dopuszcza się wystąpienie określonej liczby wyładowań zupełnych. Napięcie
wytrzymywane określa się jako:
a) napięcie wytrzymywane konwencjonalne, gdy dopuszczalna liczba wyładowań
zupełnych jest równa zeru. Przyjmuje się, że prawdopodobieństwo nie przekroczenia
wytrzymałości wynosi wtedy Pw = 100%;
b) napięcie wytrzymywane statystyczne, gdy dopuszczalna liczba wyładowań
zupełnych jest odniesiona do określonego prawdopodobieństwa nieprzekroczenia
wytrzymałości izolacji. W normie [2] przyjmuje się, że to prawdopodobieństwo jest
równe Pw = 90%.
3.20. Wymagane napięcie wytrzymywane Urw. Napięcie probiercze, które izolacja
powinna wytrzymać podczas znormalizowanej próby wytrzymałości elektrycznej,
przeprowadzanej w celu wykazania, że układ izolacyjny spełni kryterium poprawnego
działania, gdy będzie poddany oddziaływaniu przepięć danej kategorii
w rzeczywistych warunkach pracy oraz przez cały czas eksploatacji. Wymagane
napięcie wytrzymywane ma kształt napięcia wytrzymywanego koordynacyjnego i jest
wyznaczane z uwzględnieniem wszystkich warunków znormalizowanej próby
wytrzymałości elektrycznej wybranej do jej sprawdzenia.
3.21. Znamionowe napięcie wytrzymywane Wartość napięcia probierczego
stosowanego podczas znormalizowanej próby wytrzymałości elektrycznej, która
pozwala sprawdzić, czy izolacja jest dostosowana co najmniej do jednego spośród
wymaganych napięć wytrzymywanych. Jest to wartość znamionowa dla izolacji
danego urządzenia.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
10
3.22. Znormalizowane znamionowe napięcie wytrzymywane Uw. Znormalizowana
wartość znamionowego napięcia wytrzymywanego zalecanego w normie [1].
3.23. Znamionowy poziom izolacji. Zbiór znamionowych napięć wytrzymywanych
które charakteryzują wytrzymałość elektryczną izolacji.
3.24. Koordynacja izolacji. Wybór znamionowego lub znormalizowanego poziomu
izolacji elektrycznej urządzeń w zależności od napięć roboczych i przepięć, jakie
mogą pojawić się w sieci, do której urządzenia te są przeznaczone, z uwzględnieniem
warunków środowiskowych w eksploatacji i charakterystyk zastosowanych urządzeń
ochronnych.
3.25. Przepięcie. Każde napięcie alternatywne:
- między przewodem fazowym a ziemią lub w poprzek izolacji wzdłużnej, mające
wartość szczytową przekraczającą wartość szczytową najwyższego napięcia sieci,
podzieloną przez √3,
- między przewodami fazowymi, mające wartość szczytową przekraczającą amplitudę
najwyższego napięcia sieci,
- wartości przepięć są zwykle wyrażane w jednostkach względnych (p.u.)
odniesionych do napięcia Us x√2/√3.
3.26. Przepięcie dorywcze TOV. Przepięcie częstotliwości sieciowej o stosunkowo
długim czasie trwania.
Uwaga : Dla celów koordynacji izolacji zwykle przyjmuje się czas trwania przepięcia
dorywczego 1 minutę.
3.27. Przepięcie przejściowe. Przepięcie o krótkim czasie trwania, nie dłuższym niż
kilka milisekund, oscylacyjne lub nieoscylacyjne, zwykle silnie tłumione.
3.28. Przepięcie o łagodnym czole SFO. Przepięcie przejściowe, zwykle o jednej
biegunowości, którego czas do szczytu wynosi 20µs < Tp ≤5000µs a czas do
półszczytu T2 < 20ms.
Uwaga: Przepięcia SFO są odwzorowywane przez standardowy udar łączeniowy
250/2500µs.
3.29. Przepięcie o stromym czole FFO. Przepięcie przejściowe, zwykle o jednej
biegunowości, którego czas do szczytu wynosi 0,1µs < Tp ≤ 20µs a czas do półszczytu
T2 ≤ 300µs.
Uwaga: Przepięcia FFO są odwzorowywane przez standardowy udar piorunowy
1,2/50µs
3.30. Przepięcie o bardzo stromym czole VFFO. Przepięcie przejściowe, zwykle
o jednej biegunowości, którego czas do szczytu wynosi Tf ≤ 0,1µs, bez oscylacji lub
z nałożonymi oscylacjami o częstotliwości 30kHz < f < 100MHz.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
11
3.31. Przepięcia reprezentatywne Urp. Przepięcia powodujące, z założenia, taki sam
skutek – spowodowany oddziaływaniem pola elektrycznego na izolację - jak
przepięcia danej kategorii występujące z różnych przyczyn w eksploatacji. Składają
się one z napięć o kształcie znormalizowanym dla danej kategorii, mogą być
zdefiniowane jedną wartością lub zbiorem wartości albo statystycznym rozkładem
wartości charakteryzujących warunki eksploatacyjne.
3.32. Koordynacyjne napięcie wytrzymywane Ucw. Dla każdej kategorii napięcia,
wartość napięcia wytrzymywanego przez układ izolacyjny w rzeczywistych
warunkach eksploatacji, spełniająca kryterium poprawnego działania układu.
3.33. Reprezentatywne przepięcie tymczasowe. To przepięcie ma czas trwania
około1 min i kształt napięcia częstotliwości sieciowej.
3.34. Kryterium poprawnego działania. Jest to podstawowe kryterium, które
pozwala ograniczyć prawdopodobieństwo uszkodzenia izolacji urządzenia lub
zakłócenia ciągłości zasilania wskutek oddziaływań pola elektrycznego w eksploatacji
do poziomu uzasadnionego ekonomicznie i technicznie. Kryterium to jest zwykle
wyrażane w formie akceptowalnego wskaźnika uszkodzeń układu izolacyjnego (liczba
uszkodzeń w roku, liczba lat między uszkodzeniami, ryzyko uszkodzenia itp.).
Uwaga : Kategorie i kształty przepięć przedstawiono w Tablicy 1 [1].
CZĘŚĆ II – OCHRONA SIECI O NAPIĘCIU
ZNAMIONOWYM 110 - 400KV
4. Uziemienie punktu neutralnego sieci
4.1. Sieci o napięciu znamionowym 110, 220 i 400kV [11,12,29] powinny pracować
z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym w taki sposób, aby we wszystkich
stanach ruchowych współczynnik zwarcia doziemnego k nie był większy niż:
1,4 w sieci o napięciu znamionowym 110 kV,
1,3 w sieciach o napięciu znamionowym 220 i 400kV.
4.2. Można przyjmować, że wymagania określone w p. 4.1 są spełnione gdy:
311
0 X
X oraz 1
1
0 X
R w sieci 110kV (1)
211
0 X
X oraz 5,0
1
0 X
R w sieciach 220 i 400kV (2)
przy czym:
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
12
X0 , R0 - reaktancja i rezystancja dla składowej symetrycznej zerowej
obwodu zwarcia doziemnego z uwzględnieniem rezystancji
w miejscu zwarcia z ziemią, jeżeli występuje,
X1 - reaktancja dla składowej symetrycznej zgodnej
obwodu zwarcia doziemnego.
Uwaga; Bardziej szczegółowe rozważania dotyczące wartości współczynnika zwarcia
doziemnego k, w zależności od wartości reaktancji i rezystancji składowych
symetrycznych są przedstawione w Załączniku A normy [2].
5. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć
5.1. Ograniczniki przepięć powinny spełniać wymagania norm [3,4]
i specyfikacji technicznych PSE S.A. [27].
5.2. Wytrzymałość zwarciowa ograniczników przepięć powinna być dobrana do
największego spodziewanego prądu zwarciowego w miejscu ich zainstalowania [23].
Ograniczniki należy instalować możliwie jak najbliżej chronionego urządzenia,
a połączenia z przewodami roboczymi sieci i przewodami uziemiającymi powinny
być możliwie najkrótsze i prowadzone po odcinkach prostych [4,22]. Dotyczy to także
połączeń z zaciskami neutralnymi transformatorów.
5.3 Na przewody łączące zaciski uziomowe ograniczników z licznikami zadziałań
należy stosować linkę miedzianą, o przekroju zalecanym przez producenta
ograniczników, jednak nie mniejszym niż 95mm2, izolowaną na całej długości, od
ogranicznika do licznika, której izolacja jest dobrana na znormalizowane
wytrzymywane krótkotrwałe napięcie częstotliwości sieciowej nie mniejsze niż 3kV.
5.4 O ile dostawca ograniczników nie wskazał szczegółowych warunków ich
zainstalowania to przyjmuje się, że pomiędzy dolnym zaciskiem licznika zadziałań
a uziomem, powinien być połączony przewodem (bednarką ) dobraną na prąd
zwarcia 1s jaki występuje na stacji.
5.5 Każdy ogranicznik przepięć, dla każdej fazy, musi być wyposażony
w indywidualny licznik zadziałań bez możliwości kasowania wskazań.
5.6. Osłony izolacyjne ograniczników przepięć należy dobrać do warunków
zabrudzeniowych w miejscu ich zainstalowania zgodnie z normą [15] uwzględniając,
że norma ta nie pozwala lokalizować na terenie IV strefy zabrudzeniowej stacji
napowietrznych o napięciu znamionowym 110 kV i wyższym. W uzgodnieniu z PSE
S.A. dobór osłon izolacyjnych ograniczników do warunków zabrudzeniowych można
także dokonać w oparciu o specyfikacje techniczne [14].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
13
5.7. Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć dobranych do warunków
sieciowych i chronionych urządzeń w sieciach o napięciu znamionowym 110 – 400 kV
[3, 4, 5] przedstawiono w Tablicach 1 i 2. Piorunowy i łączeniowy poziomy ochrony,
odpowiednio Upl i Ups w Tablicach 1 i 2 zostały obliczone na podstawie wartości
szczytowej napięcia obniżonego ogranicznika Ures odniesionego do wartości napięcia
znamionowego Ur i wybranego poziomu przepięć w oparciu o dane z Tablicy F.1
w Załączniku F normy [4].
Tablica 1
Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć
przyłączanych do przewodów roboczych
w sieciach o napięciu znamionowym 110 – 400kV
Napięcie znamionowe sieci Un kV 110 220 400 Najwyższe napięcie sieci Us kV 123 245 420 Napięcie trwałej pracy ogranicznika Uc ≥ kV 77 154 267
Napięcie znamionowe ogranicznika Ur ≥ kV 96 192 336
Graniczny udar prądowy 4/10μs kA 100 Znamionowy prąd wyładowczy 8/20μs In
w zależności od klasy ogranicznika kA SH ≥20 , SM ≥10,
Udar prądowy łączeniowy 30/60μs kA SH ≥ 2, SM ≥1 Piorunowy poziom ochrony Upl ≤ kV 360 750 1300 Łączeniowy poziom ochrony Ups ≤ kV ------ ------------ 950 Wytrzymałość na prąd zwarciowy
w czasie 0,2s ≥ kA 31,5, 40, 50 lub 63
Maksymalny poziom wyładowań
niezupełnych przy 105% Uc ≤ pC 5
Uwaga : Oznaczenia SH i SM przyjęto zgodnie z normą [3] i specyfikacją [28]. Doty-
czą one ograniczników stacyjnych przeznaczonych odpowiednio do ciężkich
i przeciętnych warunków eksploatacji.
Tablica 2
Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć
przyłączanych do zacisków neutralnych transformatorów
w sieciach o napięciu znamionowym 110 – 400kV
Napięcie znamionowe sieci Un kV 110 220 400 Najwyższe napięcie sieci Us kV 123 245 420 Napięcie trwałej pracy ogranicznika Uc ≥ kV 48 96 168 Napięcie znamionowe ogranicznika Ur ≥ kV 60 120 210 Graniczny udar prądowy 4/10 μs kA 100 Znamionowy prąd wyładowczy 8/20 μs In w
zależności do klasy ogranicznika kA SM ≥ 10, SH ≥ 20
Piorunowy poziom ochrony Upl ≤ kV 275 450 750
Znamionowa energia cieplna Wth kJ/kV SH:Wth ≥ 10, SM:Wth ≥ 7 Łaczeniowy poziom ochrony Ups ≤ kV - - 428
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
14
5.8. Ograniczniki należy wyposażyć w liczniki zadziałań i podstawy izolacyjne
odpowiednie dla tych liczników. Funkcje realizowane przez liczniki zadziałań podano
w specyfikacji [28]. Oczekiwane funkcje liczników związane z realizowanym przez
PSE S.A. projektem technicznym są podane w SIWZ.
Odczyt wskazań liczydeł zadziałań oraz wartości prądu wskazywanych przez
wskaźniki prądu upływu (zamontowanych na stałe w licznikach zadziałań) musi być
możliwy z poziomu ziemi, bez wyłączenia napięcia. Natomiast odczyt wskazań
z licznika monitorującego ogranicznik powinien odbywać się bezprzewodowo.
Uwaga: Wartości prądów odczytane ze wskaźnika prądu upływu nie określają zwykle
w sposób jednoznaczny stanu technicznego ogranicznika.
5.9. Połączenia ograniczników przepięć z przewodami roboczymi sieci i z zaciskami
neutralnymi transformatorów powinny być wykonane po najkrótszej drodze najlepiej
przy pomocy odcinków prostoliniowych w celu uniknięcia powstania pętli [2,4].
Przekrój tych przewodów powinien być nie mniejszy niż przekrój pojedynczego
przewodu oszynowania i nie mniejszy od zalecanego przez producenta ograniczników.
5.10 Połączenia zacisków uziomowych liczników zadziałań ograniczników z węzłami
uziomu kratowego stacji należy wykonać najkrótszą drogą przy pomocy
płaskowników stalowych ocynkowanych (lub pomiedziowanych) lub miedzi litej.
Przekroje połączeń zacisków uziomowych liczników z węzłami uziomu kratowego
powinny być dobrane tak aby mogły wytrzymać przepływ 1s prądu zwarcia stacji.
O ile dostawca ograniczników nie sprecyzuje wymagań w tym zakresie to połączenia
zacisków uziomowych ograniczników z uziomem kratowym stacji powinny zapewnić
wytrzymałość cieplną na poziomie Wth dla określonego prądu zwarcia.
5.11. Zaciski uziomowe liczników zadziałań ograniczników, niezależnie od
połączenia z uziemieniem stacji, należy dodatkowo połączyć, po najkrótszej drodze,
z kadzią chronionego transformatora lub z powłoką metalową chronionego kabla przy
pomocy przewodów spełniających wymagania podane w punkcie 5.3.
5.12. Odstępy pomiędzy ogranicznikami oraz odstępy pomiędzy ogranicznikami
a innymi urządzeniami i uziemionymi konstrukcjami wsporczymi w stacjach
wnętrzowych i napowietrznych powinny spełniać wymagania instrukcji fabrycznych.
Jeżeli instrukcje fabryczne nie podają takich wymagań powinny być one ustalone na
etapie projektu budowlanego w oparciu o normy [2,4].
5.13. Jako zasadę należy przyjąć, że zakłócenia zewnętrzne docierające do
transformatora, od strony GN, powinny być ograniczane przed wejściem. O ile
dostawca transformatora nie wskaże innych rozwiązań jest możliwe zastosowanie
zgodnie z normą [26] m.in. niżej wymienionych rozwiązań :
a) ograniczników przepięć,
b) kontrolowanego łączenia (point on wave switching),
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
15
c) kondensatorów dołączonych do zacisków wyłączników, które zewrą składową
wysokoczęstotliwościową do ziemi.
d) ograniczników wysokiego napięcia przy transformatorze o zredukowanym
poziomie ochrony, zmniejszając tym samym napięcia przychodzące do transformatora
(rozwiązanie rzadko stosowane).
5.14 Dostawca transformatora ma przedstawić stosowne obliczenia potwierdzające, że
napięcia przenoszone nie zagrażają izolacji. Jeżeli pomiary lub obliczenia wykażą, że
dla danej, istniejącej konstrukcji transformatora przepięcia przenoszone
pojemnościowo ze strony GN i DN na uzwojenie trzecie TN o napięciu znamionowym
15,75kV lub niższym zagrażają izolacji tego uzwojenia, to dostawca transformatora
powinien zaproponować rozwiązanie techniczne eliminujące to zagrożenie. Wartość
amplitudy i stromość przepięć przenoszonych pojemnościowo na stronę trzeciego
uzwojenia TN można zmniejszyć do wartości dopuszczalnej, stosując m.in. sposoby:
a) instalując pojemności pomiędzy każdą fazą a ziemią po stronie wtórnej. Zwykle
zainstalowanie pojemności z zakresu 0,1 – 0,5µF ogranicza
wysokoczęstotliwościowe składowe przepięć i amplitudę przepięć,
b) przyłączyć do zacisków liniowych uzwojenia trzeciego pojemności doziemne
w postaci np. kabli jednofazowych łączących uzwojenie trzecie z transformatorem
potrzeb własnych lub kondensatorów, podobną rolę może spełnić szeregowy
bocznik RC włączony miedzy zaciski trzeciego uzwojenia i ziemię. Wartość
rezystancji bocznika mieści się zwykle w zakresie 5 – 50Ω [26],
c) w przypadku przyłączenia krótkiego kabla do TPW z wyłącznikiem, żyła powrotna
kabla powinna być dwustronnie uziemiona a po obu stronach kabla powinny być
zainstalowane ograniczniki przepięć.
5.15. Jeżeli wyniki symulacji w nowo projektowanej stacji elektroenergetycznej
wskazują na zagrożenie izolacji trzeciego uzwojenia TN transformatorów przepięciami
przenoszonymi pojemnościowo ze strony GN na stronę DN, to nowe transformatory
powinny być wyposażone w uziemione ekrany pomiędzy uzwojeniami chyba, że
producent transformatorów zaproponuje inne rozwiązanie techniczne. W tym celu
można:
a) zastosować ekran elektrostatyczny nawinięty na kolumnę rdzenia zwiększając w ten
sposób pojemność doziemną trzeciego uzwojenia (które typowo jest najbliższe
rdzenia),
b) wstawić ekran uziemiony lub podłączony do potencjału linii miedzy uzwojenie
górne (lub dolne) a uzwojenie trzecie,
c) nawinąć uzwojenie trzecie na cylindrze z uziemionym ekranem zwiększając w ten
sposób pojemność uzwojenia trzeciego i ograniczając oscylacje tego uzwojenia
w stosunku do potencjału ziemi.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
16
Uwaga: W niektórych stacjach elektroenergetycznych punkt neutralny nie jest
uziemiony bezpośrednio lecz przez rezystor lub dławik. Należy mieć świadomość, że
zapięcie dławika w punkcie neutralnym podtrzyma oscylacje w układzie i znacznie
pogorszy przenoszenie przepięć do trzeciego uzwojenia, powodując często jego
awarię.
W nowych, dobrze zaprojektowanych transformatorach przy dobrze dobranej wartości
BIL ochrona od przepięć jest zwykle wystarczająca ponieważ zainstalowane
ograniczniki przepięć zapewniają około 15 – 20 % marginesu w stosunku do BIL [26].
5.16. Dane techniczne ograniczników przepięć stosowanych do ochrony uzwojenia
trzeciego transformatora powinny być zgodne z Tablicą 6, a poziom ochrony
ograniczników powinien być dobrany do poziomu izolacji tego uzwojenia zgodnie
z zasadami podanymi w części III.
5.17. Jeżeli poziom izolacji uzwojenia trzeciego TN o napięciu znamionowym 15,75
kV transformatorów i autotransformatorów sieciowych nowych lub modernizowanych
[22,30,31] odpowiada napięciu Um = 24kV (zamiast napięciu Um = 17,5kV). to
ochrona trzeciego uzwojenia TN od przepięć przenoszonych ze strony GN i DN nie
jest zwykle wymagana o ile dostawca transformatora nie zdecydował inaczej.
W przypadku konieczności ochrony izolacji trzeciego uzwojenia TN patrz p.5.14.
5.18.Jeżeli z analizy sieci nie wynikają potrzeby ochrony przeciwprzepięciowej
a dostawca transformatora także nie narzuca swoich wymagań to uzwojenia trzecie
o napięciu znamionowym 21 i 31,5kV nie wymagają ochrony od przepięć
przenoszonych ze strony GN i DN.
5.19. W przypadku uzwojeń trzecich o napięciu znamionowym 10,5, 15,75 i 21kV
połączonych w gwiazdę nie jest wymagana ochrona zacisku neutralnego od przepięć
przenoszonych ze strony GN i DN o ile takie potrzeby nie wynikają z analizy sieci lub
wymagań dostawcy transformatora.
5.20. Jeżeli w normalnym stanie pracy sieci transformator blokowy o napięciu
Um = 123, 245 lub 420kV jest przewidziany do pracy z nieuziemionym zaciskiem
neutralnym, to izolacja tego zacisku musi być chroniona za pomocą ogranicznika
przepięć. Dla ograniczników włączonych między izolowany punkt zerowy i ziemię
napięcie znamionowe ogranicznika przyjmuje się jako równe napięciu Um/√3
Uwaga: W przypadku transformatorów blokowych z uziemionym punktem zerowym
stosuje się przekładniki prądowe na przewodzie uziemiającym, Wartość prądu
przekładnika prądowego decyduje o zadziałaniu zabezpieczeń w momencie
wystąpienia zwarcia na fazach transformatora.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
17
5.21. Jeżeli w szczególnych układach ruchowych sieci warunki pracy transformatora
mogą ulegać istotnej zmianie, np. może wystąpić układ, w którym transformator
z nieuziemionym zaciskiem neutralnym będzie odłączony od sieci i zasilany od
strony dolnego napięcia, a wartość współczynnika zwarcia doziemnego k dla takich
warunków będzie większa niż podana w punkcie 4.1, dobór ograniczników przepięć
należy rozpatrywać indywidualnie.
5.22. W przypadku odcinków kabli o długościach przekraczających kilkadziesiąt me-
trów, łączących elektroenergetyczne linie napowietrzne należy zainstalować
ograniczniki przepięć po obu stronach linii kablowej. Ograniczniki zastosowane na
rozpatrywanym fragmencie sieci powinny być takie same pod względem wymagań
technicznych.
6. Znormalizowane poziomy izolacji w sieciach 110 - 400kV
Znormalizowane poziomy izolacji zalecane dla urządzeń instalowanych w sieciach
o napięciu znamionowym 110 – 400kV, wybrane z uwzględnieniem zastosowanych
ograniczników przepięć (Tablica 1) zgodnie z procedurą koordynacji izolacji (część V)
ustaloną przez normy [1, 2, 16], są podane w Tablicy 3.
Tablica 3
Znormalizowane poziomy izolacji urządzeń
w sieciach o napięciu znamionowym 110 – 400kV
Napięcie znamionowe sieci Un kV 110 220 400 Najwyższe napięcie urządzenia Um kV 123 245 420 Znormalizowane wytrzymywane krótkotrwałe
napięcie częstotliwości sieciowej Uw50Hz kV (185)
230
(395)
460 -
Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe
piorunowe Uwl kV (450)
550
(950)
1050
1425
Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe
łączeniowe Uws kV - - 1050
Uwaga: Jeżeli wartości podane w nawiasach są niewystarczające do wykazania, że
międzyfazowe napięcia wytrzymywane mają odpowiedni poziom to jest konieczne
przeprowadzenie dodatkowych prób wytrzymałości izolacji międzyfazowej.
Przyjmuje się, że w zakresie napięć 110 – 220kV dla urządzeń, wytrzymywane
napięcie udarowe łączeniowe jest odwzorowywane przez wytrzymywane krótkotrwale
napięcie częstotliwości sieciowej.
7. Ochrona linii elektroenergetycznych od przepięć
7.1. Elektroenergetyczne linie napowietrzne o napięciu znamionowym 110 - 400kV
należy chronić przewodami odgromowymi na całej długości. Zasady ochrony linii
przewodami odgromowymi podano w normach [11,12].
7.2. Przewody odgromowe należy uziemiać na każdym słupie linii.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
18
7.3. Przy wejściu do stacji przewody odgromowe powinny być połączone
z uziemionymi konstrukcjami wsporczymi (bramki liniowe).
7.4. Przekrój przewodów odgromowych powinien być dobrany do prądów
zwarciowych występujących w chronionej linii i nie powinien być mniejszy niż
50mm2 dla przewodów aluminium –stal lub ze stopów aluminiowych.[12]
7.5. Przewody odgromowe skojarzone z włóknami światłowodowymi powinny
spełniać aktualne wymagania techniczne PSE S.A. [30].
76. Odstępy pomiędzy przewodami fazowymi a odgromowymi powinny spełniać wy-
magania normy [12].
7.7. Ochronę linii kablowych 110 - 400kV połączonych z liniami napowietrznymi
i wprowadzonych do stacji elektroenergetycznej napowietrznej albo wnętrzowej nale-
ży wykonać według następujących zasad:
• głowice kablowe powinny być chronione ogranicznikami przepięć
zainstalowanymi na obu końcach linii kablowej, niezależnie od długości kabla,
• osłonę kabla z jednostronnie uziemionym pancerzem należy z drugiej strony
chronić ogranicznikami przepięć,
• w przypadku przeplotów na trasie linii kablowej parametry ograniczników
montowanych w skrzynkach dobiera się do wytrzymałości osłony kabla,
• zaciski uziomowe liczników zadziałań ograniczników przepięć powinny być
połączone, po najkrótszej drodze z uziomem stacji.
8. Ochrona stacji od bezpośrednich uderzeń piorunów. Ochrona wież
wiatrowych.
8.1. Stacje i rozdzielnie napowietrzne o górnym napięciu znamionowym 110 - 400kV
należy chronić od bezpośrednich uderzeń piorunów za pomocą zwodów pionowych.
Strefy ochronne zwodów pionowych należy wyznaczać zgodnie z zasadami podanymi
w normie [6, 7].
8.2. Zwody pionowe zaleca się instalować na konstrukcjach wsporczych rozdzielni
napowietrznych z wyjątkiem bramek transformatorowych i konstrukcji, na których
umieszczone są izolatory o napięciu znamionowym niższym niż 110kV.
8.3. Zwody pionowe nie zainstalowane na konstrukcjach wsporczych rozdzielni
napo- wietrznych powinny być ustawione w odległości nie mniejszej niż 3 m od tych
konstrukcji i od chronionych urządzeń. Zwody te należy połączyć z uziemieniem
stacji.
8.4. Budynki rozdzielni wnętrzowych i nastawni zaleca się chronić zwodami
poziomymi niskimi, jeżeli budynki te nie znajdują się w strefie ochronnej innych
zwodów lub obiektów [8, 9, 10].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
19
8.5. Ochronę rozdzielni i budynków stacyjnych od bezpośrednich uderzeń piorunów
należy wykonać według wymagań szczegółowych, podanych w normach [9, 10],
uwzględniając wymagania podane w punktach 8.1 – 8.4.
8.6. Obecnie instalowane siłownie wiatrowe maja wysokości wież wiatrowych rzędu
150m co przy wysięgu łopat wirnika daje wysokość około 200m. W celu ochrony
siłowni wiatrowych wzdłuż łopat instalowane są przewody uziomowe natomiast ich
połączenie z przewodami uziomowymi wieży jest indywidualnym rozwiązaniem
technicznym producenta siłowni, który gwarantuje jej bezpieczna eksploatację.
9. Ochrona stacji od przepięć przenoszonych przewodami roboczymi sieci
9.1. Wymagania ogólne
9.1.1. Urządzenia stacji z izolacją powietrzną należy chronić za pomocą
ograniczników przepięć [3,4,25]:
• zainstalowanych przy wszystkich uzwojeniach każdego transformatora,
• rozmieszczonych w taki sposób, aby we wszystkich układach ruchowych
izolacja urządzeń stacyjnych była chroniona co najmniej przez jeden
komplet ograniczników.
9.1.2. Ograniczniki przepięć powinny być zainstalowane pomiędzy chronionym
uzwojeniem transformatora a najbliższym łącznikiem w obwodzie tego uzwojenia.
9.1.3. Zaciski neutralne uzwojeń transformatorów należy chronić ogranicznikami
przepięć, jeżeli we wszystkich układach ruchowych nie są trwale, bezpośrednio
połączone z uziemieniem stacji. Ograniczniki przepięć należy zainstalować tak blisko
zacisków neutralnych, jak to jest możliwe.
9.1.4. W przypadku stacji z izolacją SF6 ograniczniki należy zainstalować na wejściu
linii napowietrznej do stacji. W przypadku rozległych instalacji GIS (na przykład
o fazach rozdzielonych w wykonaniu napowietrznym) może zaistnieć konieczność
wyposażania takich instalacji w wewnętrzne ograniczniki przepięć.
9.2. Transformatory o górnym napięciu znamionowym 110 - 400kV
9.2.1. Do ochrony uzwojeń transformatorów o napięciu znamionowym 110 – 400kV
należy stosować ograniczniki przepięć zainstalowane tak blisko zacisków chronionych
uzwojeń, jak to jest możliwe. Jako zasadę przyjmuje się, że odległość od zacisków
uzwojeń obiektu chronionego, mierzona wzdłuż przewodów łączących nie może być
większa niż 10m, zwykle jest to 3 do 5m. (Tylko w wyjątkowych przypadkach może
to być kilkadziesiąt metrów ). W takich warunkach połączenie podstawy ogranicznika
z zaciskiem uziemiającym jest często trudne do wykonania.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
20
Należy wtedy połączyć ogranicznik do uziomu stacji a z drugiej strony do sieci Jeżeli
odległość od obiektu chronionego jest większa niż 10m należy rozważyć podniesienie
ochrony obiektu od przepięć o jeden poziom [4, 22, 31].
Uwaga: W części V-tej specyfikacji przedstawiono, w oparciu o uproszczone wzory,
sposób obliczenia odległości L, która pozwala na efektywną ochronę od przepięć
o stromym czole FFO (pkt.3.29) obiektu chronionego przez ogranicznik
zainstalowany w odległości L od tego obiektu.
9.3. Rozdzielnie o napięciu znamionowym 30kV i niższym w stacjach o górnym
napięciu 110 – 400kV
9.3.1. Na wejściu każdej linii napowietrznej średniego napięcia wprowadzonej
bezpośrednio do rozdzielni należy zainstalować ograniczniki przepięć [34].
9.3.2. Ograniczniki przepięć mogą być zainstalowane na pierwszym słupie linii
napowietrznej lub na konstrukcji rozdzielni. Zaciski uziomowe tych ograniczników
należy połączyć z uziemieniem stacji.
9.4. Rozdzielnie o napięciu znamionowym 110 – 400kV
9.4.1. Rozdzielnie o napięciu znamionowym 110 – 400kV, niezależnie od
ograniczników przy transformatorach (punkt 9.2.1), należy chronić za pomocą
dodatkowych ograniczników przepięć zainstalowanych na wejściu każdej linii
napowietrznej wprowadzonej bezpośrednio do rozdzielni.
9.4.2. Dodatkowe ograniczniki przepięć, o których mowa w punkcie 9.4.1, powinny
być zainstalowane w polach liniowych po stronie liniowej łączników. Zaciski
uziomowe liczników zadziałań tych ograniczników należy połączyć z uziemieniem
stacji.
9.4.3 Ocenę skuteczności ochrony rozdzielni od przepięć związanych z uderzeniem
pioruna w linię napowietrzną należy dokonać zgodnie z normą [2] (załącznik E).
Uwaga: W załączniku E, w normie [2] zatytułowanym „Przepięcia piorunowe”,
analizuje się wpływ amplitudy i kształtu przepięć przychodzących do stacji
elektroenergetycznej od strony linii napowietrznej dochodzącej do stacji, w której
wystąpiło wyładowanie piorunowe, w pewnej odległości od stacji. Podano tam także
uproszczone zależności pozwalające na wyznaczenie poziomu reprezentatywnego
przepięcia Urp do czego odniesiono się w części V-tej specyfikacji.
9.5. Farmy wiatrowe
9.5.1. W przypadku farm wiatrowych w zależności od ich mocy, sposobu przyłączenia
do sieci (na przykład długimi liniami kablowymi ), urządzeń zamontowanych po
stronie WN i SN (na przykład dławiki) mogą wystąpić przepięcia nawet rzędu 3j.w.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
21
Z tego względu każdy przypadek farmy wiatrowej o mocy, co najmniej kilkudziesięciu
MW, powinien być przeanalizowany pod katem możliwości powstawania
i propagacji przepięć stosując odpowiednie programy obliczeniowe.
Uwaga: W celu przeprowadzenia obliczeń jak w pkt.9.5.1. między innymi można
wykorzystywać komercyjnie dostępne programy takie jak PSS-E-Siemens, Power –
FactoryDigSilent czy PSCAD Manitoba HVDC Research Centre, które mają moduły
przewidziane do takich obliczeń.
10. Uziemienia urządzeń ochrony od przepięć
10.1. Wymagania ogólne
10.1.1. Niezależnie od wymagań podanych w niniejszych Zasadach, uziemienia
urządzeń ochrony od przepięć w liniach i w stacjach elektroenergetycznych powinny
spełniać wymagania podane w normach dotyczących ochrony od porażeń [9]
i ochrony odgromowej obiektów budowlanych [9, 10] oraz projektowania i budowy
elektro-energetycznych linii napowietrznych [11, 12] i kablowych [13].
10.1.2. Pomiary rezystancji uziemienia uziomu należy wykonywać stosując
trójelektrodową metodę techniczną z wykorzystaniem źródła prądu o zakresie
częstotliwości 50 – 250Hz. Wymagane wartości rezystancji uziemienia powinny być
zapewnione przy prądzie przemiennym o częstotliwości 50 Hz.
10.1.3. Wymagane wartości rezystancji uziemienia powinny być zachowane przy
wszystkich, możliwych do przewidzenia, sezonowych zmianach rezystywności gruntu.
Zakresy zmian rezystywności gruntu w Polsce podano w Tablicy 12 [32].
10.1.4. Wymagane wartości rezystancji uziemienia słupów linii z przewodami
odgromowymi powinny być zapewnione oddzielnie dla każdego słupa, to znaczy
w takich warunkach, że uziom danego słupa nie jest połączony z uziomami sąsiednich
słupów i stacji elektroenergetycznych.
10.2. Budowa uziomów stacji elektroenergetycznych
10.2.1. Wszystkie obliczenia i analizy niezbędne do realizacji projektu uziemienia
stacji elektroenergetycznych należy wykonywać indywidualnie na podstawie założeń
technicznych określonych przez PSE S.A.[6, 32].
10.2.2. Jako uziomy należy wykorzystywać przede wszystkim uziomy naturalne, takie
jak uziomy słupów linii napowietrznych na terenie stacji, metalowe pancerze
i powłoki kabli ułożonych w ziemi i uziomy fundamentowe obiektów budowlanych
znajdujących się na terenie stacji.
10.2.3. Podstawowym uziomem stacji jest uziom sztuczny w postaci ułożonej pod
powierzchnią gruntu metalowej siatki (kraty) uziemiającej, która ma dominujący
wpływ na parametry i właściwości uziemienia stacji [32]. Oczka kraty w pobliżu
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
22
miejsc wpływu do uziomu stacji prądów roboczych oraz prądów zwarciowych
powinny być zagęszczone w celu zmniejszenia zagrożenia porażeniowego osób
przebywających na terenie stacji.
10.2.4. Wymagania dla normalnych i zwarciowych warunków pracy stacji
elektroenergetycznej, to znaczy znormalizowane wartości prądów znamionowych oraz
standardowych prądów zwarciowych jakie mogą występować w sieciach PSE SA
podano w specyfikacjach [32, 35].
10.2.5 W normach nie podaje się ograniczeń na wartości rezystancji uziemienia i dla-
tego należy przyjąć jako zasadę, że spadek napięcia na rezystancji uziemienia
(lub impedancji uziemienia) podczas przepływu największego spodziewanego prądu
uziomowego nie może przekroczyć 80% wymaganej wytrzymałości izolacji urządzeń
i aparatury dla stacji o określonym napięciu znamionowym.
10.2.6. Skuteczność uziemienia stacji, jako środka ochrony przeciwporażeniowej
określa się wartościami napięć dotykowych, jakie mogą wystąpić na przewodzących
elementach urządzeń i konstrukcji stacji w czasie przepływu prądu przez uziom.
(Rys.1)
Rys.1.Dopuszczalne rzeczywiste napięcie dotykowe na obszarze stacji
elektroenergetycznej w zależności od czasu rażenia (czasu trwania zwarcia).
10.3 Budowa uziomów linii elektroenergetycznych
10.3.1. Każdy słup linii powinien być wyposażony w układ uziemiający. W skład
układu uziemiającego wchodzą: uziomy poziome (lub poziome i pionowe), przewody
uziemiające i zaciski kontrolne. Wszystkie elementy układu powinny być połączone
w gruncie [33].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
23
10.3.2. Układy uziemiające powinny być połączone z konstrukcją słupa linii za
pomocą przewodów uziemiających. W przypadku stalowych słupów kratowych
przewody uziemiające należy przyłączyć do każdej nogi słupa, natomiast w przypadku
stalowych słupów pełnościennych przewody uziemiające należy przyłączyć w co
najmniej dwóch miejscach na obwodzie słupa.
10.3.3. Połączenia przewodów uziemiających z konstrukcją słupa powinny być
rozłączalne i tworzyć zaciski kontrolne w celu umożliwienia pomiarów rezystancji
uziemienia słupa.
10.3.4. Układ uziemiający powinien być dobrany do warunków zwarciowych
występujących w linii elektroenergetycznej, i lokalnych warunków gruntowych [11,
33].
10.4. Rezystancja uziemienia
10.4.1. Rezystancja uziemienia każdego ze słupów linii z przewodami odgromowymi
nie powinna przekraczać wartości podanych w Tablicy 4. Szczegółowe wymagania
w tym zakresie podano w normie [12] i specyfikacji [33].
Tablica 4
Dopuszczalne wartości rezystancji uziemienia słupów
linii z przewodami odgromowymi [12]
Napięcie znamionowe
sieci Un
Rezystancja uziemienia słupów przy
rezystywności gruntu
ρ < 1000 Ωm ρ ≥ 1000 Ωm
110kV 10 Ω 15 Ω
220kV i 400kV 15 Ω 20 Ω
10.4.2 Rezystancja uziemienia słupów, na których zainstalowano ograniczniki prze-
pięć, niezależnie od rezystywności gruntu, nie powinna być większa niż 10Ω.
10.4.3 Nie dopuszcza się stosowania chemicznych środków zmniejszających
rezystywność gruntu.
10.5. Przewody uziemiające
10.5.1 Wymiary przekrojów poprzecznych przewodów uziemiających należy określić
obliczeniowo dla stacji elektroenergetycznej biorąc pod uwagę większą wartość prądu
zwarcia od prądu uziomowego oraz uwzględniając poziom akceptowanych
uziomowych spadków napięcia i poziom dopuszczalnych napięć dotykowych (Rys.1) .
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
24
10.5.2. Wartości minimalnych przekrojów poprzecznych przewodów uziemiających,
stosowanych w stacjach PSE S.A., wykonanych z miedzi litej wynoszą 130mm2
a w przypadku stali ocynkowanej 320mm2.
10.5.3. Przekrój przewodów uziemiających przewody odgromowe i ograniczniki
przepięć zainstalowane na słupach powinien być dobrany do prądów zwarciowych
występujących w miejscu ich zainstalowania, w oparciu o wyniki analizy rozpływu
prądów zwarciowych. W przypadku stosowania przewodów uziemiających z miedzi
litej ich przekrój poprzeczny nie może być mniejszy niż 130mm2. Zaciski uziomowe
liczników zadziałań ograniczników powinny być połączone z uziomem po najkrótszej
drodze.
10.5.4. Jako przewody uziemiające zaleca się wykorzystywać przewodzące elementy
słupów i konstrukcji wsporczych. W liniach na słupach stalowych rolę przewodów
uziemiających spełnia stalowa konstrukcja słupa.
10.5.5. Przewody uziemiające nowobudowanych linii elektroenergetycznych powinny
być wykonane z miedzi lub stali pomiedziowanej. Przekrój poprzeczny uziemiającego
przewodu miedzianego powinien wynosić co najmniej 50mm2 a w przypadku stali
pomiedziowanej co najmniej 90mm2.
10.5.6. Nie dopuszcza się stosowania w układach uziemiających materiałów
wykonanych z aluminium, stopów aluminium oraz bezpośrednich połączeń
z materiałów charakteryzujących się różnymi potencjałami elektrochemicznymi.
CZĘŚĆ III – OCHRONA SIECI O NAPIĘCIU
ZNAMIONOWYM 6 – 30KV
11. Wybór sposobu uziemienia punktu neutralnego sieci
11.1. Wymagania ogólne
11.1.1. Sposób uziemienia punktu neutralnego powinien być optymalny pod względem
techniczno-ekonomicznym z uwzględnieniem wymagań w zakresie eksploatacji sieci
i niezawodności zasilania odbiorców.
11.1.2. Przy wybranym sposobie uziemienia punktu neutralnego sieci powinno być
zapewnione prawidłowe działanie zabezpieczeń od zwarć z ziemią i urządzeń
automatyki łączeniowej.
11.2. Izolowanie punktu neutralnego sieci
11.2.1. W sieci kablowej i kablowo-napowietrznej (o znacznej przewadze linii
kablowych) punkt neutralny sieci może być izolowany, jeżeli pojemnościowy prąd
zwarcia jednofazowego nie przekracza 50A. [34]
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
25
11.2.2. W sieci napowietrznej lub napowietrzno-kablowej punkt neutralny sieci może
być izolowany, jeżeli pojemnościowy prąd zwarcia jednofazowego nie przekracza
wartości podanych w Tablicy 5
Tablica 5
Graniczne wartości pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego
w sieci napowietrznej lub napowietrzno-kablowej [34]
Napięcie znamionowe sieci Un kV 6 10 15-20 30 Pojemnościowy prąd zwarcia
jednofazowego Ic A 30 20 15 10
11.2.3. W sieciach, w których zabezpieczenia zapewniają szybkie wyłączanie zwarć
z ziemią, dopuszcza się stosowanie układu z izolowanym punktem neutralnym,
niezależnie od wartości pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego.
Uwaga : Szybkie wyłączanie zwarć zależy od czasu działania zabezpieczenia
podstawowego i czasu własnego wyłącznika. W sieciach elektroenergetycznych 220 –
400 kV ten sumaryczny czas nie przekracza 120 ms, a w sieciach 110kV jest to 150
ms, natomiast w sieciach SN czas te nie jest dokładnie określony i jest odnoszony do
czasu w sieciach WN.
11.2.4. W sieciach, w których pojemnościowy prąd zwarcia jednofazowego jest
większy niż ustalony w punktach 11.2.1 i 11.2.2 oraz nie jest spełniony warunek
podany w punkcie 11.2.3, należy stosować jeden z następujących układów:
• kompensację pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego,
• uziemienie punktu neutralnego sieci przez rezystancję.
Kompensację zaleca się stosować w sieciach napowietrznych
i napowietrzno-kablowych, natomiast uziemienie punktu neutralnego sieci przez
rezystancję jest zalecane w rozległych sieciach kablowych i w sieciach
kablowo-napowietrznych z przewagą linii kablowych.
Uwaga: W stacjach w których punkt neutralny nie jest uziemiony bezpośrednio ale
przez dławik to może wystąpić znaczne pogorszenie w zakresie przenoszenia przepięć
ze strony GN transformatora do trzeciego uzwojenia z uwagi na podtrzymanie
oscylacji w układzie. Niekiedy taki sposób uziemienia punktu neutralnego jest
bezpośrednią przyczyną awarii trzeciego uzwojenia.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
26
11.3. Kompensacja pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego
11.3.1.Urządzenia do kompensacji powinny być tak rozmieszczone w sieci, aby
zapewniały kompensację pojemnościowego prądu zwarcia jednofazowego we
wszystkich normalnych układach ruchowych sieci. Zaleca się umieszczanie urządzeń
do kompensacji w stacjach zasilających sieć i utrzymywanie takich układów
(obszarów) sieciowych, aby pojemnościowy prąd zwarcia jednofazowego nie
przekraczał 300A.
11.3.2. Rozstrojenie kompensacji sieci (S) należy obliczać ze wzoru:
S = −
C
CL
I
II100 [%] (3)
w którym:
IL - suma prądów indukcyjnych urządzeń do kompensacji przyłączonych do sieci,
IC - pojemnościowy prąd zwarcia jednofazowego sieci.
11.3.3. Rozstrojenie kompensacji sieci powinno być utrzymane w granicach od
S = - 5% do S = + 15% z wyjątkiem krótkotrwałych stanów zakłóceń w sieci.
W sieciach o dużej asymetrii pojemnościowej zaleca się utrzymywać rozstrojenie
w granicach od S = + 5% do S = + 15%. Zaleca się stosować urządzenia do
kompensacji z płynną regulacją prądu indukcyjnego, wyposażone w automatykę
samoczynnej regulacji rozstrojenia.
11.4. Uziemienie punktu neutralnego sieci przez rezystancję
11.4.1. Rezystancja powinna być włączona między zacisk neutralny transformatora
uziemiającego lub transformatora mocy a uziemienie stacji.
11.4.2. Wartość rezystancji powinna być dobrana tak, aby prąd zwarcia
jednofazowego w rozdzielni zasilającej był ograniczony do wartości, przy której
jednocześnie:
• jest zapewnione prawidłowe działanie zabezpieczeń od zwarć z ziemią i urządzeń
automatyki łączeniowej,
• nie występuje niebezpieczeństwo porażenia ludzi wskutek pojawienia się napięć
dotykowych lub są zastosowane środki ograniczające te napięcia do wartości
dopuszczalnych,
• nie powstają zakłócające i niebezpieczne oddziaływania na obwody
telekomunikacyjne.
12. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć
12.1. Ograniczniki przepięć powinny spełniać wymagania normy [3]. Odległość
zainstalowania ograniczników przepięć od obiektu chronionego nie powinna być
większa niż parę metrów. W sieciach SN jest to zwykle 3 – 5m. [2].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
27
12.2. Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć dobranych do warunków
sieciowych i chronionych urządzeń [28] w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 30
kV przedstawiono w Tablica 6.
12.3. Wytrzymałość zwarciowa ograniczników przepięć oraz przekroje przewodów
stosowanych do podłączenia ograniczników w sieci powinny być dobrane do
największego spodziewanego prądu zwarciowego w miejscu ich zainstalowania
[23,25].
Tablica 6
Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć
przyłączanych do przewodów roboczych
w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 30kV
Napięcie znamionowe sieci Un kV 6 10 15 20 30 Najwyższe napięcie sieci Us kV 7,2 12 17,5 24 36 Napięcie trwałej pracy ogranicznika Uc ≥ kV 7,2 12 17,5 24 36 Napięcie znamionowe ogranicznika Ur ≥ kV 9 15 22 30 45 Graniczny udar prądowy 4/10 kA 65 100 Znamionowy prąd wyładowczy 8/20μs In kA 5 10 Piorunowy poziom ochrony Upl ≤ kVm 46 60 75 125 145 Wytrzymałość zwarciowa ≥ kA 16
12.4. Osłony izolacyjne ograniczników przepięć należy dobrać do warunków
zabrudzeniowych w miejscu ich zainstalowania zgodnie z normą [14] uwzględniając,
że norma ta nie zezwala na lokalizowanie na terenie IV strefy zabrudzeniowej stacji
napowietrznych o napięciu znamionowym 6 - 30kV. Dobór osłon ograniczników
można również dokonać w oparciu o specyfikacje techniczne [14], po uzgodnieniu
z PSE.S.A.
12.5. Połączenia ograniczników z przewodami roboczymi sieci i z zaciskami
neutralnymi transformatorów należy wykonać przewodami o przekroju nie mniejszym
niż 16 mm2. Połączenia te powinny być wykonane najkrótszą drogą.
12.6. Napięcie trwałej pracy Uc ograniczników przepięć przyłączanych do zacisków
neutralnych transformatorów w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 30kV nie
powinno być niższe niż Us/√3 a piorunowy poziom ochrony należy dobrać do poziomu
izolacji zacisku neutralnego zgodnie z zasadami podanymi w części V. Zaleca się
stosować ograniczniki o znamionowym prądzie wyładowczym 5kA do zakresu napięć
6 i 10kV oraz 10kA do zakresu napięć 15, 20 i 30kV, zgodnie z danymi
w Tablicy 1 [3]. Ograniczniki przepięć należy instalować tak blisko zacisku
neutralnego, jak to jest możliwe.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
28
12.7. Odstępy pomiędzy ogranicznikami oraz odstępy pomiędzy ogranicznikami,
a innymi urządzeniami i uziemionymi konstrukcjami wsporczymi w stacjach
wnętrzowych i napowietrznych powinny spełniać wymagania instrukcji fabrycznych.
Jeżeli instrukcje fabryczne nie podają takich wymagań powinny być one ustalone na
etapie projektu wykonawczego.
13. Znormalizowane poziomy izolacji w sieciach 6 – 30 kV
Znormalizowane poziomy izolacji zalecane dla urządzeń instalowanych w sieciach
o napięciu znamionowym 6 – 30 kV, wybrane z uwzględnieniem zastosowanych
ograniczników przepięć (Tablica 6) zgodnie z procedurą koordynacji izolacji (część V)
ustaloną przez normy [1, 2] przedstawiono w Tablicy 7.
Tablica 7
Znormalizowane poziomy izolacji urządzeń
w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 30 kV
Napięcie znamionowe sieci Un kV 6 10 15 20 30
Najwyższe napięcie urządzenia Um kV 7,2 12 17,5 24 36 Znormalizowane wytrzymywane krótkotrwałe
napięcie częstotliwości sieciowej Uw50Hz kV 20 28 38 50 70
Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe
piorunowe Uwl kV 60 75 95 125 170
14. Ochrona linii elektroenergetycznych od przepięć
14.1. Elektroenergetycznych linii napowietrznych o napięciu znamionowym 30kV
i niższym nie zaleca się chronić na całej długości za pomocą przewodów
odgromowych.
14.2. Linię kablową łączącą się z linią napowietrzną z przewodami gołymi lub
z prze-wodami w osłonie izolacyjnej należy chronić ogranicznikami przepięć
zainstalowanymi przy głowicach kablowych.
14.3. Linię napowietrzną z przewodami pełno izolowanymi [12] należy chronić
ogranicznikami przepięć zainstalowanymi w miejscu połączenia z linią wykonaną
przewodami gołymi lub przewodami niepełno izolowanymi. W miejscu połączenia li-
nii z przewodami gołymi z linią wykonaną przewodami niepełno izolowanymi
zaleca się stosować ograniczniki przepięć.
14.4 Przewody niepełno izolowane należy chronić przed skutkami łuku zgodnie
z [12].
14.5. Miejsce połączenia linii mającej słupy lub poprzeczniki z materiałów nie
przewodzących z linią na słupach przewodzących (stalowych lub żelbetowych), zaleca
się chronić ogranicznikami przepięć zainstalowanymi na pierwszym słupie
przewodzą-cym.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
29
14.6.Punkty pomiaru energii elektrycznej i łączniki sterowane drogą radiową,
zainstalowane na słupach linii napowietrznych, zaleca się chronić ogranicznikami
przepięć rozmieszczonymi w taki sposób aby we wszystkich układach ruchowych
izolacja urządzeń była chroniona. Ograniczniki należy instalować tak blisko
chronionych urządzeń, jak to jest możliwe.
15. Ochrona stacji od bezpośrednich uderzeń piorunów
15.1. Stacje i rozdzielnie napowietrzne o górnym napięciu znamionowym 30kV
i niższym, w których są zainstalowane transformatory o mocy znamionowej większej
niż 1600kVA, należy chronić od bezpośrednich uderzeń piorunów według zasad
podanych w rozdziale 8. W pozostałych stacjach i rozdzielniach napowietrznych
o górnym napięciu znamionowym 30kV i niższym ochrona od bezpośrednich uderzeń
piorunów nie jest wymagana.
15.2. Zaleca się stosować ochronę od bezpośrednich uderzeń piorunów rozdzielni
wielopolowych.
16. Ochrona stacji od przepięć przenoszonych przewodami roboczymi sieci
16.1. Wymagania ogólne
16.1.1. Urządzenia stacji należy chronić za pomocą ograniczników przepięć:
• zainstalowanych przy wszystkich uzwojeniach każdego transformatora,
• rozmieszczonych w taki sposób, aby we wszystkich układach ruchowych
izolacja urządzeń stacyjnych była chroniona co najmniej przez jeden
komplet ograniczników.
16.1.2. Ograniczniki przepięć powinny być zainstalowane pomiędzy chronionym
uzwojeniem transformatora a najbliższym łącznikiem w obwodzie tego uzwojenia.
Dopuszcza się instalowanie bezpieczników między ogranicznikami przepięć
a transformatorem [34].
16.1.3 Zaciski neutralne, do których są przyłączone urządzenia do kompensacji lub
rezystory uziemiające, należy chronić ogranicznikami przepięć zainstalowanymi tak
blisko chronionych zacisków, jak to jest możliwe.
16.1.4. Transformatory uziemiające należy chronić ogranicznikami przepięć.
16.1.5. Uzwojenia o napięciu znamionowym 30kV i niższym transformatorów
o górnym napięciu znamionowym 110 - 400kV należy chronić za pomocą
ograniczników przepięć, których odległości od zacisków chronionych uzwojeń,
mierzone wzdłuż przewodów łączących nie mogą być większe niż : 3 -5m dla
uzwojeń o napięciach znamionowych 6 -10kV i 10m dla uzwojeń o napięciach
znamionowych 15-30kV.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
30
16.1.6.Na wejściu każdej linii napowietrznej średniego napięcia wprowadzonej
bezpośrednio do rozdzielni o napięciu znamionowym 30kV i niższym należy
zainstalować ograniczniki przepięć
16.1.7 Ograniczniki przepięć mogą być zainstalowane na pierwszym słupie linii
napowietrznej lub na konstrukcji rozdzielni. Zaciski uziomowe ograniczników
zainstalowanych na konstrukcji rozdzielni należy połączyć z uziemieniem stacji. Dla
ograniczników zainstalowanych na pierwszym słupie, usytuowanym poza terenem
stacji, należy wykonać oddzielne uziemienie tak aby rezystancja uziemienia słupa nie
była większa od 10 Ω niezależnie od rezystywności gruntu.
16.2. Stacje zasilające sieci niskiego napięcia
16.2.1. W stacjach zasilających sieci niskiego napięcia [8], uzwojenia transformatorów
o napięciu znamionowym 30kV i niższym należy chronić ogranicznikami przepięć
zainstalowanymi zgodnie z wymaganiami podanymi w punkcie 16.1.5.
16.2.2. Ochrona uzwojeń o napięciu znamionowym 230/400V powinna być wykonana
zgodnie z wymaganiami podanymi w części IV niniejszych Zasad.
16.3. Stacje zasilające sieci średniego napięcia
16.3.1. Transformatory zasilające sieci średniego napięcia (np. transformatory
30/15kV) należy chronić ogranicznikami przepięć zainstalowanymi zgodnie
z wymaganiami podanymi w punkcie 16.1.5
16.3.2. Na wejściu każdej linii napowietrznej wprowadzonej bezpośrednio do stacji
należy zainstalować ograniczniki przepięć po stronie liniowej wyłączników. Zaciski
uziomowe tych ograniczników należy połączyć z uziemieniem stacji.
17. Uziemienia urządzeń ochrony od przepięć
17.1. Wymagania ogólne
17.1.1. Niezależnie od podanych w niniejszych zasadach wymagań, uziemienia
urządzeń ochrony od przepięć w liniach i w stacjach elektroenergetycznych powinny
spełniać wymagania podane w normach dotyczących ochrony od porażeń [8]
i ochrony odgromowej obiektów budowlanych [9,10] oraz projektowania i budowy
elektro-energetycznych linii napowietrznych [11,12] i kablowych [13].
17.1.2. Wymagane wartości rezystancji uziemienia powinny być zapewnione przy
prądzie przemiennym o częstotliwości 50Hz.
17.1.3. Wymagane wartości rezystancji uziemienia powinny być zachowane przy
wszystkich, możliwych do przewidzenia, sezonowych zmianach rezystywności gruntu.
Sposób uwzględnienia sezonowych zmian rezystywności gruntu do obliczania
największych spodziewanych wartości rezystancji uziemienia jest podany w rozdziale
24.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
31
17.2. Budowa uziomów
17.2.1. Jako uziomy należy wykorzystywać przede wszystkim uziomy naturalne, takie
jak fundamenty słupów i konstrukcji stalowych oraz zakopane części słupów
i konstrukcji żelbetowych, umieszczone w odległości do 50m od zacisku
uziemiającego uziemianego urządzenia.
17.2.2. Dodatkowe uziomy sztuczne należy wykonywać tylko w takich przypadkach,
gdy uziomy wymienione w punkcie 17.2.1. nie spełniają wymagań dotyczących
rezystancji uziemienia. Uziomy sztuczne zaleca się umieszczać w odległości do 35m
od zacisku uziemiającego uziemianego urządzenia.
17.3. Rezystancja uziemienia
17.3.1. Rezystancja uziemienia ograniczników przepięć nie powinna być większa
niż 10 Ω.
17.3.2. W przypadku wyjątkowo dużej rezystywności gruntu, jeżeli uzyskanie
wartości rezystancji uziemienia podanej w punkcie 17.3.1 pociąga za sobą wysokie
koszty, dopuszcza się większe wartości rezystancji uziemienia – w uzgodnieniu
z PSE.SA - pod warunkiem zastosowania rozwiązań zapewniających nie mniejszą
skuteczność ochrony od przepięć niż skuteczność uzyskiwana przy spełnieniu
wymagań zawartych w tym punkcie.
17.4. Przewody uziemiające
17.4.1. Przekrój przewodów uziemiających ograniczniki przepięć powinien być
dobrany do prądów zwarciowych występujących w miejscu ich zainstalowania. Należy
stosować przewody uziemiające o przekroju nie mniejszym niż 16mm2 (miedź lita), 35
mm2 (aluminium) i 50mm2 (stal ocynkowana lub pomiedziowana).
17.4.2. Jako przewody uziemiające zaleca się wykorzystywać przewodzące elementy
słupów i konstrukcji wsporczych. W liniach na słupach stalowych rolę przewodów
uziemiających spełnia stalowa konstrukcja słupa. W liniach na słupach żelbetowych
nie jest wymagane stosowanie oddzielnych przewodów uziemiających, jeżeli zbrojenie
słupa jest przygotowane do tego celu i zapewnia ciągłość przejścia między zaciskiem
przeznaczonym do przyłączenia urządzeń ochrony od przepięć a uziomem, co należy
sprawdzić pomiarem elektrycznym przy niskim napięciu.
17.4.3. Na słupach wielo żerdziowych o żerdziach rozstawionych, przewody
uziemiające powinny być prowadzone co najmniej wzdłuż dwóch przeciwległych nóg
słupa. Na słupach z odciągami jako przewody uziemiające należy wykorzystać co
najmniej dwa przeciwległe odciągi.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
32
17.5. Połączenia ograniczników przepięć z uziomami i uziemionymi częściami
chronionych urządzeń
17.5.1. Zaciski uziomowe ograniczników przepięć powinny być połączone z uziomem
po najkrótszej drodze.
17.5.2. Niezależnie od połączenia z uziomem należy wykonać, po najkrótszej drodze,
dodatkowe połączenie zacisków uziomowych ograniczników przepięć z kadzią
chronionego transformatora lub z powłoką metalową chronionego kabla.
CZĘŚĆ IV – OCHRONA SIECI O NAPIĘCIU
ZNAMIONOWYM 230/400V
18. Dobór i instalowanie ograniczników przepięć
18.1. Ograniczniki przepięć powinny spełniać wymagania zadeklarowane przez
dostawcę, potwierdzone i udokumentowane protokołami badań typu.
18.2. Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć dobranych do warunków
sieciowych i chronionych urządzeń w sieci o napięciu znamionowym 230/400V
przedstawiono w Tablicy 8.
18.3. Znormalizowane wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe izolacji w sieci
niskiego napięcia nie powinno być niższe niż 6000V.
18.4. W sieci o układzie TN -C ograniczniki przepięć należy instalować między
każdym przewodem fazowym a przewodem ochronno-neutralnym PEN.
Tablica 8
Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć
instalowanych w sieci o układzie TN – C [34]
Napięcie trwałej pracy Uc ≥ V 440 Maksymalny prąd wyładowczy 8/20µs Imax≥ kA 25 Znamionowy prąd wyładowczy 8/20μs In kA 5 Piorunowy poziom ochrony Upl ≤ V 2500
18.5 Przyjmuje się, że na każdym kablu zasilającym , wchodzącym do rozdzielnicy
0,4kV instaluje się ograniczniki przepięć.
18.6. Jeżeli uziemienie robocze sieci jest wykonane w stacji, ograniczniki przepięć
powinny być również zainstalowane w stacji, poza zabezpieczeniami obwodów, po
jednym komplecie na odejściu każdej linii. Natomiast w przypadku, kiedy uziemienie
robocze sieci jest wykonane poza stacją jako uziemienie przewodu neutralnego na
pierwszych słupach linii (uziemienia rozdzielone), ograniczniki przepięć powinny być
zainstalowane na tych słupach.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
33
18.7. W układach TN -C z rozdzielonymi uziemieniami ochronnym i roboczym
w stacji SN/nn pomiędzy kadzią transformatora (uziemieniem ochronnym)
a zaciskiem neutralnym uzwojeń niskiego napięcia ( przewodem ochronno –
neutralnym PEN), należy zainstalować iskiernik ochronny lub ogranicznik [34,
17,18,19].
Iskiernik ochronny powinien posiadać następujące parametry :
- napięcie przeskoku przy napięciu przemiennym 50Hz ≤ 1000V,
- napięcie przeskoku przy napięciu udarowym 1,2/50µs ≤ 2500V
Ogranicznik przepięć powinien mieć parametry techniczne nie gorsze niż podane
w Tablicy 8.
18.8. Ograniczniki przepięć instalowane w liniach zaleca się lokalizować w miejscach
uziemienia przewodu ochronno-neutralnego PEN. W innych przypadkach należy
wykonać uziom, z którym należy łączyć przewód PEN, do którego będzie połączony
ogranicznik.
18.9.. W liniach na słupach drewnianych z przewodem uziemiającym ograniczników
należy łączyć haki, trzony i konstrukcje wsporcze wszystkich linii, w tym
telekomunikacyjnych, prowadzonych na wspólnych słupach [5, 8,13].
18.10. Przewód uziemiający ograniczników przepięć instalowanych przy głowicach
kablowych powinien być połączony z metalowymi elementami konstrukcji wsporczej
głowicy.
18.11. Przewody łączące ograniczniki z przewodami roboczymi sieci oraz przewody
uziemiające powinny być dobrane do prądów zwarciowych występujących w miejscu
zainstalowania ograniczników przepięć. Przewody te powinny mieć przekrój nie
mniejszy niż 16 mm2 (miedź lita), 35mm2 (aluminium ) i 50mm2 (stal ocynkowana lub
pomiedziowana). Zaleca się stosowanie przewodów uziemiających wykonanych
z linki miedzianej w izolacji odpornej na działanie promieniowania UV. Połączenia te
należy wykonać najkrótszą drogą.
18.12 Zaleca się stosowanie ograniczników przepięć do ochrony urządzeń szaf
sterowniczych oświetlenia ulicznego, aparatury alarmowej, sygnalizacyjnej,
ostrzegawczej itp. Ograniczniki powinny być zainstalowane tak blisko urządzeń
chronionych jak to jest możliwe
19. Ochrona linii
19.1. Linie napowietrzne z przewodami gołymi lub z przewodami pełno izolowanymi,
w tym przyłącza, należy chronić ogranicznikami przepięć, które powinny być
zainstalowane na końcu każdej linii i na końcu każdego odgałęzienia o długości
większej niż 200m oraz w linii w odstępach nie większych niż 500m.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
34
19.2. Linie kablowe i linie napowietrzne z przewodami pełno izolowanymi należy
chronić ogranicznikami przepięć zainstalowanymi w miejscach połączenia tych linii
z liniami napowietrznymi z przewodami gołymi. Wymaganie to nie dotyczy przyłączy.
Linie z przewodami w osłonach izolacyjnych należy traktować jak linie z przewodami
gołymi.
20. Ochrona urządzeń stacyjnych
20.1. Urządzenia stacyjne niskiego napięcia w stacjach SN/nn połączone z liniami
napowietrznymi nn bezpośrednio lub za pośrednictwem linii kablowych ułożonych
w ziemi, krótszych niż 150m, należy chronić za pomocą ograniczników przepięć.
Należy je rozmieścić w taki sposób, aby przy uzwojeniu niskiego napięcia każdego
transformatora SN/nn był zainstalowany komplet ograniczników. We wszystkich
układach ruchowych izolacja urządzeń stacyjnych niskiego napięcia powinna być
chroniona przez co najmniej jeden komplet ograniczników.
20.2. Ograniczniki przepięć stosowane do ochrony uzwojeń niskiego napięcia
transformatorów zaleca się instalować bezpośrednio na transformatorach, pomiędzy
zaciskami fazowymi uzwojeń niskiego napięcia i kadzią transformatora. Połączenie
ograniczników z zaciskami fazowymi uzwojeń niskiego napięcia i kadzią
transformatora powinny być jak najkrótsze.
20.2. Przewody uziemiające ograniczników instalowanych w stacjach należy łączyć
z uziemieniem stacji, metalowymi elementami konstrukcji i obudowami
transformato-rów i urządzeń rozdzielczych, metalowymi powłokami kabli,
instalacjami wodnymi, gazowymi i centralnego ogrzewania, urządzeniami ochrony od
bezpośrednich uderzeń piorunów (jeżeli występują).
20.3. Zaleca się stosowanie ograniczników przepięć do ochrony urządzeń szaf
sterowniczych oświetlenia ulicznego, aparatury alarmowej, sygnalizacyjnej,
ostrzegawczej itp.
21. Uziemienia ograniczników przepięć
21.1. Rezystancja uziemienia ograniczników nie powinna być większa niż 10 Ω.
21.2. Połączenia zacisku uziemiającego ogranicznika przepięć z uziomem oraz
z uziemionymi metalowymi elementami chronionego urządzenia powinny być jak
najkrótsze.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
35
CZĘŚĆ V – ZASADY KOORDYNACJI IZOLACJI
22. Ogólny zarys procedury koordynacji izolacji
Według [1, 2, 4] procedura koordynacji izolacji polega na wyborze najwyższego
napięcia urządzenia wraz ze zbiorem znormalizowanych napięć wytrzymywanych,
które wystarczająco charakteryzują izolację urządzenia. Stosuje się dwie metody
koordynacji izolacji to znaczy deterministyczną i statystyczną (statystyczną zwłaszcza
dla izolacji regenerującej się). Bardzo często te dwa podejścia są łączone w jednej
procedurze kiedy stosuje się procedurę statystyczną uproszczoną.
Procedura jest realizowana w czterech etapach, a jej początkiem jest analiza sieci,
która ma na celu określenie napięć i przepięć oddziałujących na izolacje.
Na podstawie wyników analizy sieci podejmuje się następujące działania :
- określa się reprezentatywne napięcia i przepięcia Urp,
- określa się koordynacyjne napięcia wytrzymywane Ucw,
- określa się wymagane napięcie wytrzymywane Urw,
- dokonuje się wyboru znamionowego poziomu izolacji w oparciu o zbiór
znormalizowanych znamionowych napięć wytrzymywanych izolacji Uw .
W tej procedurze koordynacyjnej najważniejszym napięciem odniesienia jest wartość
najwyższego napięcia sieci Us.
Najwyższe napięcie urządzenia jest w tej procedurze wybierane jako najbliższe
wartości znormalizowanej Um, równej lub większej od najwyższego napięcia sieci,
w której urządzenie będzie zainstalowane.
Um ≥ Us (4)
22.1 Napięcia i przepięcia reprezentatywne Urp
Uwaga; Napięcia i przepięcia reprezentatywne są często obliczane podczas
projektowania stacji elektroenergetycznych według instrukcji producentów urządzeń
ochrony od przepięć. W każdym przypadku należy weryfikować te obliczenia
w oparciu o wymagania normy [2].
Przepięcie dorywcze TOV . Przyczyny powstawania przepięć dorywczych są podane
w [2,4]. Należy zwrócić uwagę, że ograniczniki przepięć zasadniczo nie obniżają
poziomu przepięć dorywczych co zwłaszcza jest istotne dla sieci
elektroenergetycznych z zakresu II. W sieciach z bezpośrednio uziemionym punktem
neutralnym poziom tych przepięć może osiągnąć wartości k z przedziału 1–1,3.
Poziom reprezentatywny określa się jako:
Urp = k ⅹ Us/√3 (5)
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
36
Przepięcie o łagodnym czole (SFO). Przyczyny powstawania przepięć SFO podano
w normach [2, 4]. Zakres wartości prądów, które płyną przez ograniczniki podczas
oddziaływania tych przepięć jest rzędu od około 0,5 do 2kA. Poziom
reprezentatywny przepięcia SFO dla przepięć faza – ziemia jest równy łączeniowemu
poziomowi ochrony ogranicznika (zakres sieci I i II ).
Urp = Ups (6)
Dla międzyfazowych przepięć tego typu to jest zwykle dwukrotna wartość
łączeniowego poziomu ochrony ogranicznika
Urp = 2Ups (7)
lub wartość obliczona na podstawie Załącznika C w normie [2].
Przepięcia o stromym czole FFO. Przyczyny powstawania przepięć FFO podano
w normie [2, 4]. Prądy które płyną prze ograniczniki poddane oddziaływaniu takich
przepięć są rzędu:
dla sieci z zakresu I (1kV < Um ≤ 245 kV ) : 5kA lub 10kA
dla sieci elektroenergetycznych z zakresu II ( Um > 245kV ): 10kA lub 20kA
Poziom reprezentatywny przepięcia FFO może być w sposób uproszczony obliczony
ze wzoru (8), (w normie [2] oznaczonym jako wzór 1):
Urp = Upl + 2S × ts dla Upl ≥ 2Sts (8)
gdzie : S jest stromością fali udarowej wyładowania atmosferycznego w ( kV/µs)
według wzoru (9), (w normie [2] oznaczonego jako wzór E.1):
S = 1/(n Kco ×X) (9)
a wielkości we wzorze (9) oznaczają:
X – odległość między stacją elektroenergetyczna a miejscem uderzenia wyładowania
piorunowego w (m)
n – liczbę linii napowietrznych dochodzących do stacji elektroenergetycznej
Kco – stała tłumienia wyładowania ulotowego zależna od konfiguracji przewodów
w linii napowietrznej, według Tabeli E.1 [2], w ( µs/kV m )
Wielkość ts , we wzorze (8), oznacza czas, w (µs), po którym fala udarowa,
przemieszczająca się z prędkością światła, na odległości L w (m), osiągnie obiekt
chroniony i wyrażona jest wzorem (10), (oznaczonym w normie [2] jako wzór 3):
ts = L/ 300 (m/µs) (10)
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
37
gdzie: L jest sumą odległości do obiektu chronionego w której uwzględniono
odległość od uziemienia do ogranicznika (a2), wysokość ogranicznika (a4) , odległość
od ogranicznika do obiektu chronionego (a3) i długość przewodu łączącego linię
napowietrzną z ogranicznikiem (a1) zgodnie z Rys.2.
Natomiast maksymalny poziom tego przepięcia , w sposób uproszczony może być wy-
liczony ze wzoru (11), ( który w normie [2] jest podany w załączniku E jako wzór
E21):
Urp = Upl + A/n × L/Lsp (11)
gdzie: Lsp - jest długością przęsła linii elektroenergetycznej dochodzącej do stacji [m]
n- jest minimalną liczbą linii (n =1 lub 2)
A jest współczynnikiem z Tabeli E.2 w załączniku E[2].
Rys.2 Schemat połączeń ogranicznika przepięć do obiektu chronionego [2].
Chronione
urządzenie
Ogranicznik
przepięć
Uziom kratowy stacji
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
38
W obliczeniach ochrony od przepięć FFO dążymy do wyznaczenia efektywnego
poziomu ochrony obiektu chronionego, jak na Rys.2, przez ogranicznik zainstalowany
w odległości L od tego obiektu. W tym celu wyznaczamy wymagane napięcie
wytrzymywane Urw (15) , przyjmując, że współczynnik koordynacji Kc (16) jest równy
1. Wartość współczynnika Ks dla izolacji wewnętrznej przyjmuje się 1,15, dla izolacji
zewnętrznej wynosi 1,05 (18).Wtedy na podstawie wzorów (16) i (19) można napisać :
Urw = Urp x Ks (12)
Jeżeli wymagane napięcie wytrzymywane Urw chronionego obiektu odpowiada jego
poziomowi BIL (ujawnionemu na tabliczce znamionowej obiektu chronionego ) to
wzór (8) można zapisać jako :
BIL/Ks = Upl + 2S × ts (13)
Mając na uwadze zależność (10) można dalej zapisać (14):
L = c ( BIL/Ks – Upl )/2S (14)
W celu obliczenia stromości wyładowania piorunowego można wykorzystać wzór (9)
o ile jest znana odległość X – uderzenia wyładowania piorunowego w linię
elektroenergetyczną - od stacji do której ta linia dochodzi.
Z uwagi na możliwe trudności związane z określeniem wartości X można wykorzystać
szacunkowe wartości stromości S podane w normie [25] gdzie przyjęto :
- dla sieci z zakresu I (1kV< Um ≤ 245kV ), S ≥ 1000kV/µs
- dla sieci z zakresu II ( Um > 245kV ), S = 2000kV/µs
Pewną weryfikacje poprawności obliczenia odległości L (10) można uzyskać
w oparciu o wzór (11). Wartość Urp obliczona na podstawie tego wzoru powinna speł-
niać zależność (15):
BIL/Ks > Urp (15)
Uwaga: Wyniki obliczeń poziomów reprezentatywnego przepięcia FFO według
wzorów (8) i (11) są obliczeniami uproszczonymi i nie powinny stanowić podstawy
całościowego podejścia do problemu wyznaczania poziomów napięć Urp dla nowo
projektowanej stacji elektroenergetycznej. Przykłady całościowego podejścia w tym
zakresie są podane w Załączniku G „Przykłady stosowania procedury koordynacji
izolacji” , w normie [2], dla różnych poziomów napięcia i urządzeń zainstalowanych
w stacji.
Przepięcia o bardzo stromym czole VFFO. Te przepięcia są związane z działaniem
rozłączników i występowaniem stanów awaryjnych GISów. Dla tych przepięć nie
wyznacza się napięcia reprezentatywnego dla sieci elektroenergetycznych do 800kV.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
39
Uwaga: Efektywność ochrony urządzeń od przepięć VFFO za pomocą
ograniczników przepięć jest niewielka.
22.2 Zbiór napięć wytrzymywanych
Koordynacyjne napięcie wytrzymywane Ucw wyznacza się w oparciu o najniższą
wartość napięcia wytrzymywanego spełniającego kryterium poprawnego działania
w odniesieniu do poziomu reprezentatywnych przepięć, ustalonego w oparciu o wa-
runki eksploatacyjne. Napięcie Ucw oblicza się mnożąc wartość przepięcia reprezenta-
tywnego przez współczynnik koordynacyjny Kc.
Ucw = Kc ⅹ Urp (16)
Wartości współczynnika Kc wynikają nie tylko z analizy sieci ale także z wybranej
procedury koordynacji izolacji ( deterministycznej lub statystycznej ) [2].
Wymagane napięcie wytrzymywane Urw. Wyznaczenie tego napięcia wymaga
uwzględnienia warunków eksploatacyjnych tak aby spełnić kryterium poprawnego
działania. Należy uwzględnić współczynnik poprawkowy na wysokości n.p.m Ka
i współczynnik bezpieczeństwa Ks. Mając na uwadze, że Polska jest krajem nizinnym,
gdzie średnie wzniesienie nad poziomem morza wynosi 173m oraz biorąc pod uwagę
wynik obliczeń na podstawie wzoru (14) w [2] można przyjąć ,że :
Ka = 1 (17)
Współczynnik bezpieczeństwa Ks uwzględnia różnicę pomiędzy warunkami prób
laboratoryjnych izolacji a warunkami rzeczywistymi pracy urządzenia. W przypadku
izolacji wewnętrznej przyjmuje się wartość Ks = 1,15 dla izolacji zewnętrznej zaleca
się przyjęcie Ks = 1,05 :
Ks = 1,15 lub Ks = 1,05 (18)
Stąd :
Urw = Ucw x Ks (19)
W oparciu o współczynniki podane w Tablicach 1 i 2 [2] wyznacza się znamionowe
napięcia wytrzymywane dla analizowanego zbioru napięć i przepięć i w konsekwencji
dokonuje się wyboru znamionowego poziomu izolacji.
Przykłady obliczeniowe koordynacji izolacji dla zakresów napięciowych I i II sieci
elektroenergetycznych oraz dla sieci o napięciu znamionowym 6 – 36kV
przedstawiono w Załączniku G normy [2]. Natomiast w normie [18] podano zasady
koordynacji urządzeń elektrycznych niskiego napięcia.
Uwaga: Źródła powstawania przepięć i zakresy wartości przepięć w sieci
elektroenergetycznej pomiędzy fazą a ziemią przedstawiono w Tablicy na rysunku 14
[4 ].
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
40
23. Wybór znormalizowanych znamionowych poziomów izolacji
Wybór znormalizowanych poziomów izolacji wykonuje się w następujących trzech
podstawowych krokach:
23.1. Dobór ograniczników przepięć do warunków sieciowych
i określenie przepięć reprezentatywnych
Określenie poziomu przepięć w konkretnych miejscach w sieci, na przykład na
wejściu linii do stacji, może stanowić pewien problem. W celu oszacowania poziomu
przepięć można wykorzystać zbiorczą informację przedstawioną na Rys. 1 w normie
[2] a także informacje z Załącznika A w normie [2] gdzie podano wartości przepięć
przypisane do sytuacji występujących w sieci. Dotyczy to także danych w tablicy na
Rys.14 w normie [4].
W przypadku projektowania dużych stacji elektroenergetycznych takie podejście może
okazać się niewystarczające, wtedy należy zamodelować stację na przykład
wykorzystując program EMTP uwzględniając dobór aparatury i sposób oszynowania
stacji.
23.1.1. Napięcie trwałej pracy ograniczników przepięć przyłączanych do przewodów
roboczych sieci dobiera się według wzorów:
• dla ograniczników w sieciach o napięciu znamionowym 110 – 400kV:
Uc 3
sU (20)
gdzie: = 1,05 – współczynnik uwzględniający wpływ wyższych
harmonicznych
• dla ograniczników w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 30kV:
Uc Us (21)
23.1.2. Napięcie znamionowe ograniczników przepięć określają wzory:
Ur 1,25 Uc (22)
Ur k 3
sU (23)
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
41
Tablica 9
Wartości współczynnika zwarcia doziemnego
Napięcie znamionowe sieci Un kV 110 220 400 Najwyższe napięcie sieci Us kV 123 245 420 Współczynnik k - 1,4 1,3
*wartości dla ograniczników instalowanych do ochrony transformatorów
blokowych należy policzyć indywidualnie
Podstawowe dane techniczne ograniczników przepięć przyłączanych do przewodów
roboczych w sieciach o napięciu znamionowym 6 – 400kV są przedstawione
w Tablicach 1 i 6.
23.1.3. Przepięcia reprezentatywne Urp określa się dla wybranych ograniczników
przepięć na podstawie danych z katalogów .W stacjach o napięciu znamionowym 6 –
400 kV przepięcia reprezentatywne udarowe piorunowe osiągają wartości obliczone
na podstawie wzorów (8) i (11) oraz podanych w Załączniku E normy [2]. Natomiast
przepięcia reprezentatywne udarowe łączeniowe przyjmują wartość
Urps(400kV) = Ups(1 lub2 kA 30/≤ 100μs) (24)
23.2. Wybór wartości znormalizowanych wytrzymywanych napięć udarowych
piorunowych Uwl i łączeniowych Uws. Wybór znormalizowanego poziomu izolacji.
Wyboru wartości znormalizowanych napięć wytrzymywanych udarowych
i łączeniowych dokonuje się na podstawie wykazu podanego w Tablicach 10 i 11, sta-
nowiących wyciągi odpowiednio z Tablic 2 i 3 normy [1], jako najbliższych wartości
równych lub większych niż obliczone w toku postępowania według punktu 22.
Wyboru znormalizowanego poziomu izolacji dokonuje się według Tablic 10 i 11.
Tablica 10
Znormalizowane poziomy izolacji zakresu I (1kV < Um ≤ 245kV)
Najwyższe napięcie
urządzenia
Um
kV (wartość skuteczna)
Znormalizowane znamionowe
napięcie wytrzymywane
krótkotrwale
częstotliwości sieciowej
kV (wartość skuteczna)
Znormalizowane znamionowe
napięcie wytrzymywane
udarowe piorunowe
kV (wartość szczytowa)
7,2 20 40
(60)
12 28
60
(75)
95
17,5 38 75
(95)
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
42
Najwyższe napięcie
urządzenia
Um
kV (wartość skuteczna)
Znormalizowane znamionowe
napięcie wytrzymywane
krótkotrwale
częstotliwości sieciowej
kV (wartość skuteczna)
Znormalizowane znamionowe
napięcie wytrzymywane
udarowe piorunowe
kV (wartość szczytowa)
24 50 95
(125)
36 70 145
(170)
123 (185) (450)
230 550
245
275 650
325 750
360 850
(395)
460
(950)
1050
Uwaga: W nawiasach zaznaczono wartości zalecane
Tablica 11
Znormalizowane poziomy izolacji zakresu II (Um > 245kV)
Najwyższe
napięcie
urządzenia
Um kV (wartość skuteczna)
Znormalizowane
znamionowe napięcie
wytrzymywane
udarowe
łączeniowe
kV (wartość szczytowa)
Faza - ziemia
Znormalizowane
znamionowe napięcie
wytrzymywane
udarowe
piorunowe
kV (wartość szczytowa)
420
850 1050
1175
950 1175
1300
(1050) 1300
(1425)
800
1300 1675
1800
1425 1800
1950
1550 1950
2100
Uwaga: W nawiasach zaznaczono wartości zalecane.
PSE S.A. Zasady ochrony od przepięć i koordynacja izolacji linii i stacji elektroenergetycznych
43
CZĘŚĆ VI – INFORMACJE DODATKOWE
24. Zakresy zmian rezystywności gruntu w Polsce
24.1 W Tablicy 12 [32] podano typowe wartości rezystywności ῤ gruntów w Polsce.
Mogą one być podstawą jedynie do wstępnego oszacowania parametrów uziemienia
stacji i nie mogą zastępować wykonywania polowych pomiarów rezystywności.
24.2 Należy zaznaczyć, że na etapie projektowania uziemienia stacji pomiary
rezystywności gruntu powinny być wykonywane w okresie, gdy występują możliwie
największe ich wartości (czyli gdy wilgotność gruntu jest mała ). Okres, w którym
należy wykonywać takie pomiary powinien wynosić nie mniej niż dwa dni po
długotrwałych opadach w sezonie o najwyższych średnich temperaturach.
24.3 Nie dopuszcza się stosowania środków chemicznych obniżających rezystywność
gruntu.
Tablica 12
Zakresy zmian rezystywności gruntu
RODZAJ GRUNTU
Rezystywność ῤ [Ωm]
Wartość
przeciętna
Wartość
największa
Iły, glina ciężka, glina pylasta ciężka, glina, grunty
torfiaste i organiczne, gleby bagienne, grunty próch-
nicze, (czarnoziemy i mady ),
40
200
Glina piaszczysta , glina pylasta ,pyły, gleby bielico-
we i brunatne wytworzone z glin zwałowych oraz pia-
sków naglinkowych i naiłowych
100
260
Piasek gliniasty i pylasty, pospółki, gleby bielicowe
wytworzone z piasków słabo gliniastych .
200
600
Piaski, żwiry ,gleby bielicowe wytworzone ze żwirów
i piasków luźnych
400 3000
Piaski i żwiry suche (zwierciadło wody gruntowej na
głębokości większej niż 3m ).
1000
5000